Centro de Bachillerato Tecnolgico Industrial y de Servicios No. 11

Fsica IIMDT. Ma. Ivone Vidal Q.

Proyecto Interdisciplinario del Primer Parcial:Elevador Hidrulico

Equipo No. 3Ibarra Quinez Daniel FranciscoRamrez Fernndez MarielisaRamrez Ozuna Noel AlanSnchez Castro Arely MabelSnchez Muoz Mara Gabriela5A Laboratorio Clnico

Septiembre 2015

ndice

ndice Pgina 1

Introduccin Pgina 2

Contenido Pginas 3-30

Conclusin Pgina 31

Anexos Pgina 32

Bibliografa Pgina 33

Introduccin

La hidrulica es una tecnologa mecnica que no es utilizada solo para las tomas, sino que tambin es usada en los tractores, los frenos para los automviles y los montacargas. Las tomas hidrulicas son un equipamiento necesario para levantar y mover objetos pesados y otros materiales.Un ejemplo muy claro de las aplicaciones de la hidrulica vendra siendo, en nuestro caso, un elevador (ascensor) hidrulico. Este es un ascensor en el que la energa necesaria para la elevacin de la carga se transmite por unabomba con motor de accionamiento elctricoque transmite unfluido hidrulicoa un cilindro que acta directa o indirectamente sobre la cabina.Las tomas hidrulicas son aparatos mecnicos que son utilizados para levantar objetos pesados. La gente podra estar familiarizada con las tomas hidrulicas ya que son usadas para levantar automviles para cambiar una rueda. Varias industrias usan tomas hidrulicas para levantar aviones, autos de carreras y camionetas.Richard Dudgeon fue un maquinista del siglo XIX que invent el elevador hidrulico a mediados del siglo. Su invencin reemplaz al gato de rosca que era el elevador estndar utilizado durante ste perodo de tiempo.El principio de Pascal es la explicacin primaria al funcionamiento de los elevadores hidrulicos. Este principio establece que la presin contenida en un recipiente es igual en todos los puntos. Los gatos hidrulicos utilizan este principio combinando dos cilindros (uno pequeo y otro grande) para incrementar la presin para poder levantar objetos de mayor peso.En el presente trabajo se expondr acerca del funcionamiento de un elevador hidrulico, las distintas partes del mismo, los tipos de ascensores que existen y su respectiva informacin. Tambin se hablar de cmo son aplicados, para qu y de qu manera contribuyen para realizar algn proceso.

Desarrollo del tema

Antecedentes Histricos del Elevador HidrulicoA principios del siglo XIX losascensores de pistn hidrulicoya se utilizaban en algunas fbricas europeas. La cabina estaba montada sobre un mbolo deacerohueco que llegaba en una perforacin cilndrica ubicada en el suelo. El agua impulsada a presin dentro del cilindro haca subir el mbolo y la cabina, que caan debido a la gravedad cuando el agua se liberaba de dicha presin.En las primeras instalaciones, la vlvula principal para controlar la corriente de agua se manejaba de forma manual mediante sistemas de cuerdas que funcionaban verticalmente a travs de la cabina.Debido a su funcionamiento ms suave y a su mayor rendimiento, elascensor hidrulicoreemplaz de forma general al modelo de una cuerda enrollada en un tambor giratorio.El control de palanca y las vlvulas piloto que regulaban la aceleracin y la desaceleracin fueron mejoras posteriores.

A pesar de que las gras y ascensores primitivos, accionados con energa humana y animal o con norias de agua, estaban en uso ya en el siglo III a.C., el ascensor moderno es en gran parte un producto del siglo XIX. La mayora de los elevadores del siglo XIX eran accionados por una mquina de vapor, ya fuera directamente o a travs de algn tipo de traccin hidrulica.A principios del siglo XIX los ascensores de pistn hidrulico ya se usaban en algunas fbricas europeas. En este modelo la cabina estaba montada sobre un mbolo de acero hueco que caa en una perforacin cilndrica en el suelo. El agua forzada dentro del cilindro a presin suba el mbolo y la cabina, que caan debido a la gravedad cuando el agua se liberaba de dicha presin. En las primeras instalaciones la vlvula principal para controlar la corriente de agua se manejaba de forma manual mediante sistemas de cuerdas que funcionaban verticalmente a travs de la cabina. El control de palanca y las vlvulas piloto que regulaban la aceleracin y la deceleracin fueron mejoras posteriores.

Usos y AplicacionesEl principio de Pascal fundamenta el funcionamiento de las genricamente llamadas mquinas hidrulicas: la prensa, el gato, el freno, el ascensor y la gra, entre otras.El principio de Pascal puede ser interpretado como una consecuencia de la ecuacin fundamental de la hidrosttica y del carcter altamente incompresible de los lquidos. En esta clase de fluidos la densidad es prcticamente constante, de modo que de acuerdo con la ecuacin:

Donde:

, presin total a la profundidad

medida en Pascales (Pa).

, presin sobre la superficie libre del fluido.

, densidad del fluido.

, aceleracin de la gravedad.

Si se aumenta la presin sobre la superficie libre, por ejemplo, la presin total en el fondo ha de aumentar en la misma medida, ya que el trmino ghno vara al no hacerlo la presin total (obviamente si el fluido fuera compresible, la densidad del fluido respondera a los cambios de presin y el principio de Pascal no podra cumplirse).

Prensa Hidrulica

La prensa hidrulica es una mquina compleja semejante a un camin de Arqumides, que permite amplificar la intensidad de las fuerzas y constituye el fundamento de elevadores, prensas, frenos y muchos otros dispositivos hidrulicos de maquinaria industrial.

La prensa hidrulica constituye la aplicacin fundamental del principio de Pascal y tambin un dispositivo que permite entender mejor su significado. Consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente seccin comunicados entre s, y cuyo interior est completamente lleno de un lquido que puede ser agua o aceite. Dos mbolos de secciones diferentes se ajustan, respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de modo que estn en contacto con el lquido. Cuando sobre el mbolo de menor seccinS1 se ejerce una fuerzaF1 la presinp1 que se origina en el lquido en contacto con l se transmite ntegramente y de forma (casi) instantnea a todo el resto del lquido. Por el principio de Pascal esta presin ser igual a la presinp2 que ejerce el fluido en la seccinS2, es decir:

con lo que, las fuerzas fueron siendo, siendoS1 F/f = S/s

y despejando F:

F = f * S/s

es decir, la fuerza en el mbolo grande es igual a la del pequeo multiplicada por el cociente entre las superficies de ambos como indicbamos arriba, lo que permite elevar una gran carga aplicando una fuerza muy pequea.

Por ejemplo, si el mbolo pequeo tiene una superficie de 10 cm2 = 0,001 m2 y el grande tiene una superficie de 1 m2 tendremos una ganacia de fuerza de 1000:

F = f * (1 / 0,001) = f * 1000

Lo que significa que para levantar una tonelada situada en el mbolo grande bastar situar un pequeo peso de 1 kg en el mbolo pequeo.

El principio es parecido al de la palanca, slo que en el caso de la palanca la ganancia viene dada por el cociente de las longitudes de los brazos de la palanca.

Y al igual que sucede en la palanca no se viola la conservacin de la energa, simplemente el desplazamiento requerido en el mbolo pequeo ser mucho mayor que el desplazamiento en el grande de modo que el trabajo en ambos es el mismo:

Si llamamos d a la distancia que introducimos el mbolo pequeo, el trabajo aplicado al pequeo vale:

t = f*d

Y del mismo modo, el trabajo realizado por el grande vale:

T = F*D

Y como ambos deben ser iguales para que se conserve la energa, tendremos:

T = t =>F*D = f*d =>d = D * F/f = D * S/s

Es decir, en el ejemplo anterior, para levantar el peso grande a una altura D = 1 cm = 0,01 m deberemos introducir el pequeo una distancia:

d = 0,01 * 1000 = 10 m

Naturalmente los elevadores hidrulicos que deben levantar grandes pesos a grandes alturas, por ejemplo los usados en ascensores, no se fabrican con un mbolo pequeo de enorme longitud porque eso no sera prctico, en su lugar lo que se hace es poner una bomba que bombea el fluido en el interior del circuito a travs de un tubo de poca seccin produciendo as el mismo efecto a pequeos "impulsos".El ascensor hidrulico utiliza el principio de Pascal para su funcionamiento, como se explica a continuacin, despus de una breve resea acerca del fsico francs:

Blaise Pascal (1623-1662)Blaise Pascalnaci enClermont-Ferrand un19 de juniode 1623, y muri en Pars, el19 de agostode1662) fue unpolmata,matemtico,fsico,filsofocristianoyescritorfrancs. Sus contribuciones a lamatemticay a lanatural incluyen el diseo y construccin decalculadoras mecnicas, aportes a lateora de la probabilidad, investigaciones sobre losfluidosy la aclaracin de conceptos tales como lapresiny elvaco. Despus de una experiencia religiosa profunda en1654, Pascal abandon la matemtica y la fsica para dedicarse a lafilosofay a lateologa.

Principio de Pascal:

La presin aplicada en un punto de un lquido contenido en un recipiente se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo.

La presin en todo el fluido es constante: esta frase que resume de forma tan breve y concisa la ley de Pascal da por supuesto que el fluido est encerrado en algn recipiente, que el fluido es incompresible. El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un mbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presin sobre ella mediante el mbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma presin. Tambin podemos ver aplicaciones del principio de Pascal en las prensas hidrulicas.

Los elevadores hidrulicos, se distinguen de los otros porque llevan un pistn que por dentro tiene aceite, y es lo que le propulsa para poder subir.La mquina que lleva est llena de aceite, y cuando el elevador hidrulico quiere bajar, la mquina absorbe el aceite que est en ese momento en el pistn y en ese instante empieza a bajar hacia abajo.Este tipo de maniobra es recomendable para edificios con pocas alturas, aunque tambin se pueden instalar en edificios que tengan ms alturas.El ascensor hidrulico no necesita contrapeso y por lo tanto no necesita que el hueco del ascensor sea muy grande, por lo que es ms fcil de instalar donde el hueco sea ms pequeo.Este ascensor lleva instaladas dos guas por las que se desplaza la cabina y se le llama corrientemente ascensor de mochila, porque van las guas instaladas a un lado del hueco, aunque en algunos van instaladas en los laterales del ascensor.

Tambin existen ascensores hidrulicos con un pistn central que es el que lo hace subir o bajar.La ventaja de estos tipos de elevadores hidrulicos, es que no necesitan cuarto de mquinas arriba del hueco, ya que el grupo hidrulico se puede instalar abajo o donde ms convenga a la comunidad de vecinos, aunque se recomienda que est instalado cerca del hueco del ascensor, para evitar posibles disminuciones de rendimiento.Hay dos tipos de elevadores hidrulicos, que son: con impulsin directa o con impulsin diferencial. Los de impulsin directa, si el hueco no llega a los 4 metros, es necesario que en el hueco del ascensor tenga foso, ya que el pistn ir instalado ah.Este tipo de maniobra es recomendable para pocas alturas.Despus estn los de impulsin diferencial, que se instalan en recorridos de ms de 4 metros, este tipo de instalacin no necesita tener muchas dimensiones del foso, ya que el pistn se instala en un lateral del hueco.Este tipo de elevadores hidrulicos, es recomendable si se instala para ms paradas de pisos. Estos dos tipos de elevadores funcionan a dos velocidades, por lo que las paradas de pisos se hacen ms suaves.

Partes de un ascensor hidrulico

Los ascensores hidrulicos, pioneros del transporte vertical en los edificios de viviendas y oficinas, fueron desplazados en estos ltimos aos, casi por completo por los ascensores elctricos. Pero como en la tcnica no hay nada definitivamente caduco, los ascensores hidrulicos perfeccionados y modernizados, vuelven a ser utilizados para montacargas, montacoches y para edificios de 5 6 pisos (15 a 18 m), sobre todo cuando se presentan problemas para instalar los cuartos de mquinas.

Partes de un ascensor hidrulico

Estn compuestos por una central hidrulica, cilindro, pistn, cabina y cuarto de mquinas. A diferencia del ascensor elctrico, este tipo de elevador no incorpora contrapeso.CENTRAL HIDRAULICAUn ascensor hidrulico tiene como componente principal, la denominada central hidrulica, que tiene como objeto generar la presin adecuada en el aceite hidrulico para elevar el pistn del cilindro.

Central hidrulica

La central hidrulica est compuesta por un motor elctrico que acciona una bomba, la cual impulsa aceite a presin a travs de las vlvulas de maniobra y seguridad, por una tubera a un cilindro, cuyo pistn sostiene y empuja la cabina.La central hidrulica realiza las funciones del grupo tractor de los ascensores elctricos, y el cilindro transmite la potencia del motor en la denominada potencia de elevacin, que define la velocidad vertical a la que se eleva la carga.El aceite utilizado como fluido para transmitir el movimiento, funciona en circuito cerrado, siendo necesario completar la instalacin con un deposito de aceite. Por tanto, la central hidrulica puede considerarse formada por cuatro elementos principales:-Motor-Bomba-Bloque de vlvulas-El depsito de aceiteMOTORLos motores son asncronos con arranque en cortocircuito para bajas potencias, pero los motores de potencia superior a unos 15 CV debern estar equipados por lo menos con arrancadores estrella-tringulo de funcionamiento automtico.Recientemente se estn incorporando sistemas de control en el arranque que consisten en el acoplamiento de una serie de bobinas, que se conecta directamente a las bornas de las centrales en la maniobra del arranque. Estas bobinas estn diseadas para funcionar sumergidas en el aceite sin que generen calor.Las ventajas de este sistema son:- proteccin del motor contra los picos de intensidad, consiguiendo una vida mayor de la instalacin.- reduccin de la potencia requerida para la instalacinBOMBALas bombas utilizadas en los grupos impulsores de los ascensores hidrulicos son de engranajes,de pistones rotativos o de husillos mltiples. Las ms silenciosas y las ms utilizadas son las bombas de husillos.En general, los grupos impulsores estn formados por el motor elctrico y la bomba, acoplados directamente, y a veces formando un solo cuerpo. La bomba est prcticamente siempre sumergida en el depsito del aceite, y el motor con su eje vertical sobre la tapa del depsito.BLOQUE DE VLVULASEl bloque de vlvulas, que generalmente se instala sobre el depsito de aceite del grupo impulsor, est compuesto por las vlvulas de maniobra del circuito hidrulico del ascensor. Algunas son de accionamiento electromagntico abrindose o cerrndose, comandadas por la maniobra elctrica del ascensor.Recientemente se estn incorporando sistemas electrnicos basados en un microprocesador en el que se memorizan las aceleraciones y deceleraciones a aplicar en funcin de la carga del ascensor y de la temperatura de la instalacin.DEPSITO DE ACEITEEl depsito de aceite deber ser de capacidad suficiente para permitir el funcionamiento del ascensor en circuito cerrado. El depsito suele ser de chapa de acero con un tapn de carga en su tapa y otro para descarga en la parte inferior de un costado.PISTN HIDRULICOEl cilindro y su pistn constituyen el accionamiento mecnico del ascensor hidrulico.

Pistn hidrulico

Existen dos tipos de accionamientos del pistn hidrulico:-accin indirecta: la cabina es impulsada por el pistn por medio de cables.

Accin indirecta

- accin directa: la cabina es impulsada directamente por el pistn.Respecto al tiro, existen tambin dos opciones:Tiro directo lateral:el pistn est apoyado en el foso, cerca de alguna de sus paredes, de forma que empuja al bastidor desde la parte superior.

Tiro directo central:el pistn esta enterrado y empuja al bastidor de la cabina desde abajo.

El cilindro es un tubo de acero, que se instala siempre verticalmente, cuyo extremo inferir est cerrado estando abierto el superior.PISTONES TELESCPICOSLos pistones telescpicos con dos o ms secciones tienen la ventaja de duplicar o triplicar el recorrido del ascensor para una misma longitud de cilindro y, adems, con velocidad doble o triple que un mbolo simple, pero su mayor coste de construccin ha frenado su empleo.Funcin del pistnEl pistn como se aprecia en la fotografa, se eleva o desciende dependiendo de la direccin en la que vaya la cabina.

En la punta del pistn lleva una polea por dnde van los cables de traccin. El pistn est instalado fijo en el hueco y lo que sube y baja es el pistn que hay en el interior.En el extremo de la polea tiene una barra que va cogida a las guas, y que llevan rozaderas instaladas para poder deslizarse por las guas.La velocidad de desplazamiento del pistn se ajusta mediante una vlvula, para poder decidir a que velocidad es la ptima para una instalacin determinada.Mquina hidrulicaLa funcin que tiene la mquina hidrulica es la de aumentar o disminuir la presin del pistn.

La mquina hidrulica est llena de aceite y cuando sube el ascensor expulsa el aceite y cuando baja el ascensor absorbe el aceite.La manguera por donde va el aceite desde la mquina hidrulica hasta el pistn no puede ser muy larga ya que puede afectar a su funcionamiento normal.La mquina hidrulica va conectada al cuadro de maniobra, el cual pone en funcionamiento el elevador cuando se le pulsa un botn desde el ascensor.

Visitas a empresas o establecimientosEl equipo decidi dirigirse a una llantera para llevar a cabo nuestro trabajo de investigacin. La llantera/taller mecnico al cual decidimos ir es Econollantas ubicada en Blvd. Morelos y Avenida 3, Col. Loma Linda, el da 10 de septiembre.

EntrevistaLe realizamos una entrevista al Sr. Jorge Israel Soto, trabajador y operador del establecimiento; quien muy amablemente contest todas nuestras preguntas:Daniel Ibarra (Entrevistador): Sabe que es un elevador hidrulico?Jorge Israel Soto: S, s s.DI: Sabe cmo funciona un elevador hidrulico?JIS: El elevador hidrulico funciona por medio de electricidad y aceite que esto es lo que le da lo hidrulico, que es para subir la rampa y est controlada por medio de cables de alta tensin. El elevador hidrulico est conformado por un pistn, un motor de corriente de 220, un depsito de aceite que antes de accionarlo manda el aceite al pistn que es lo que hace subir. Al bajarlo una vlvula de escape que tiene el pistn hace devolver el aceite.DI: En qu otro lugar cree que se pueda aplicar un elevador hidrulico?JIS: En supermercados y construccionesDI: Ha odo hablar del principio de Pascal?JIS: No, no s cul es el principio de PascalDI: Cmo facilita este aparato su trabajo?JIS: Te facilita en la revisin de carros, para levantar objetos de gran peso, si no fuera por el elevador no podra revisar los carros en los que trabajamos y no podramos llevar a cabo nuestro trabajo correctamente.

El operador del elevador hidrulico Jorge Israel nos explic su funcionamiento, que consista en un motor que al accionarse con electricidad (corriente 220v) empujaba el aceite dentro del depsito, el cual iba directo hacia el pistn que se encontraba en la superficie ms grande. Por medio de una palanca, la superficie ms grande regresaba el aceite al depsito. El elevador hidrulico constaba de un motor, de un depsito de aceite, cables de alta tensin, mbolo mayor, mbolo menor y funcionaba con corriente elctrica.

Presupuesto, compra y logstica de construccin del proyecto

MaterialesCostosOrigen

Jeringas $13 Farmacia

Manguera$27Farmacia

Cartn fotogrfico$14

Papelera

Pegamento Nada Casa de integrante

Construccin del Prototipo

La construccin del prototipo se llev a cabo se llev a cabo el da martes 15 de septiembre, en casa de uno de los integrantes del equipo. Los pasos que llevamos a cabo fueron:1. Eleccin del tipo de elevador hidrulico a construir.2. Bsqueda y obtencin (compra) del material.3. Elaboracin del prototipo.- Cortamos pedazos de cartn fotogrfico para la estructura del elevador y los pegamos de la forma deseada.- Unimos las piezas de las jeringas, as como la manguera en sus respectivos lugares.- Llenamos una de las jeringas con agua, y al empujarla la otra se elev, haciendo subir el objeto que estaba del otro lado. 4. Pruebas para revisar el correcto funcionamiento del ascensor.

* La prueba del prototipo se realiz primero con el celular de uno de los integrantes del equipo, ya despus se le fue agregando ms peso al poner otros tres celulares.

* El peso mximo que el elevador pudo soportar fueron alrededor de 600 gramos, como se muestra en la imagen estn cuatro de los celulares de los cinco integrantes del equipo.

ConlusinComo equipo, llegamos a la conclusin de que los elevadores hidrulicos sirven para diversas funciones. Desde simples operaciones con las que funciona un gato hidrulico, para levantar un automvil, hasta operaciones ms complejas como levantar objetos que pesan toneladas, como en minas o grandes industrias y fbricas. Utilizando principios tan sencillos, como lo son los Principios de Pascal y Arqumedes, que son considerados esenciales de la Fsica (Hidrulica), nos dimos cuenta que estas leyes realmente s se usan en varios mbitos.

Glosario: Vlvula: Es unMecanismo que regula el flujo de la comunicacin entre dos partes de una mquina o sistema.

Pistn: Se denominapistna uno de los elementos bsicos delmotor de combustin interna.

mbolo: Piezacilndricadeuncilindroounabombaquesemuevedeformaalternativayrectilneadearribaabajoimpulsandounfluidoo recibiendosuimpulso.

Chasis: Consiste en una estructura interna que sostiene y aporta rigidez y forma a un vehculo u objeto en su construccin y uso.

Palanca: Es unamquina simplecuya funcin es transmitir fuerza y desplazamiento.

Fluido: Tipo demedio continoformado por alguna sustancia entre cuyas molculas slo hay una fuerza de atraccin dbil.

Impulsin: Tendenciairreflexivaeirresistibleaejecutarunacto.

Asincrona:Hace referencia al suceso que no tiene lugar en total correspondencia temporal con otro suceso.

Bibliografa

http://html.rincondelvago.com/principio-de-pascal.htmlhttp://lafisicaparatodos.wikispaces.com/PRINCIPIO+DE+PASCALhttp://sites.google.com/a/uc.cl/principiodepascal/sabiasquehttp://tecnoblogueando.blogspot.mx/2013/06/prensa-y-elevador-hidraulico-principio.htmlhttp://www.ascensoresyelevadores.com/ascensores-y-elevadores-hidraulicos/http://www.buenastareas.com/ensayos/Elevador-Hidraulico/3467770.htmlhttp://www.galeon.com/home3/ciencia/hidraulica.htmlhttp://www.ehowenespanol.com/elevador-hidraulico-hechos_312027/http://www.sapiensman.com/neumatica/neumatica_hidraulica.htm