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Este proyecto se enfoca en el estudio de la mecánica de fluidos, principalmente en la aplicación del principio de pascal en un puente hidráulico. Se busca mostrar la importancia del principio de pascal en la vida cotidiana, empleando como caso de estudio el puente hidráulico, y ofrecer una mirada integral sobre los conceptos que involucra la mecánica de fluidos. Antecedentes de investigaciones relacionadas, las bases teóricas científicas, el diseño de investigación cuasi-experimental, y el análisis de resultados obtenidos al aplicar el principio de pascal en el funcionamiento de un prototipo de puente hidráulico casero. Se concluye que el principio de pascal es fundamental para comprender el funcionamiento de los puentes hidráulicos, ya que permite amplificar pequeñas fuerzas iniciales para lograr mover piezas de gran tamaño y peso.
Tipo: Esquemas y mapas conceptuales
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¡No te pierdas las partes importantes!
DEDICATORÍA
En primer lugar, este proyecto se lo dedicamos a Dios por brindarnos la capacidad y el entendimiento para poder llevar a cabo la realización de nuestro proyecto. De esta manera muy especial a nuestros padres porque en cada momento nos brindan todo su apoyo y contribuir día a día con nuestras formaciones educativa.
Por otro lado, queremos agradecer a la profesora del curso ya que son pocas las personas que se inclinan para educar a otros, y son menos las que lo hacen con amor, profesionalidad y dedicación. Le agradecemos por todo lo que nos está aportando. Asimismo, a los compañeros por brindarnos el apoyo durante el desarrollo del proyecto.
A lo largo de la historia el ser humano se ha visto en la necesidad de cruzar obstáculos, por ello, desde la época del hombre primitivo se ha creado formas para poder llegar al lugar deseado. En ese sentido, este proyecto responde al apuro de sistematizar un conjunto de conocimientos, experiencias y resultados, que en el ámbito de la Mecánica de fluidos (hidráulica) se han venido desarrollando y mejorando progresivamente, año tras año; observándose su aplicación en diversas estructuras modernas de nuestro entorno.
De modo que, este trabajo tendrá en cuenta la importancia que la Mecánica de fluidos tiene para la construcción de puentes hidráulicos, es decir, en este proyecto estará incorporado por los conceptos básicos de la Hidráulica mediante el uso del Principio de Pascal. Entonces, en este trabajo se analizará el funcionamiento del puente hidráulico, mediante un supuesto caso. El proyecto titulado “mecánica de fluidos aplicando el principio de pascal en un puente hidráulico” consta de las siguientes partes: planteamiento del problema, objetivos, marco teórico, desarrollo del tema, recomendaciones, conclusiones y bibliografía. Cada una de ellas será desarrollada en forma amplia y fundamentada en leyes y principios teóricos que explican a detalle el concepto de la Hidráulica, en este caso se eligió estudiar un puente hidráulico accionado con jeringas que es el medio por el cual queremos demostrar el principio de Pascal. Finalmente, como resultado del proyecto podremos observar el funcionamiento de un puente hidráulico.
ABSTRAC Throughout history the human being has seen the need to cross obstacles, therefore, since the time of primitive man, ways have been created to reach the desired place. In this sense, this project responds to the need to systematize a set of knowledge, experiences and results, which in the field of fluid mechanics (hydraulics) have been progressively developing and improving, year after year; observing its application in various modern structures in our environment.
So, this work will take into account the importance that Fluid Mechanics has for the construction of hydraulic bridges, that is, in this project it will be incorporated by the basic concepts of Hydraulics through the use of Pascal's Principle. Then, in this work the operation of the hydraulic bridge will be analyzed, through a supposed case.
The project entitled "Fluid mechanics applying Pascal's principle in a hydraulic bridge" consists of the following parts: problem statement, objectives, theoretical framework, development of the topic, recommendations, conclusions and bibliography. Each of them will be developed extensively and based on laws and theoretical principles that explain in detail the concept of Hydraulics, in this case it was chosen to study a hydraulic bridge actuated with syringes, which is the means by which we want to demonstrate the principle of Pascal.
Finally, as a result of the project we will be able to observe the operation of a hydraulic bridge.
CAPÍTULO I
1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 1.2. Planteamiento del problema Desde hace muchos años hasta la actualidad, el ser humano ha empleado los conceptos de física en su vida, de modo que, hoy en día la rama de la ingeniería se ha encargado de sistematizar conceptos de la mecánica de fluidos para satisfacer los apuros del hombre. En este caso, la situación problemática se basa en torno a la necesidad de querer trasladarse de un lugar a otro, permitiendo además el tráfico marítimo.
Analizando las diferentes realidades internacionales, nacionales y regionales, tomamos como ejemplos algunos puentes que han sido construidos con la finalidad de facilitar el tránsito de barcos sin accidentes y sin ningún problema; algunos de estos son:
A NIVEL INTERNACIONAL
El puente Golden Gate (1933-1937): este puente este situado en California, EE. UU, que se une a la península de San Francisco por el norte con el sur de Marín.
Slauerhoffbrug: Holanda. Inaugurado en el año 2000 en los alrededores de la ciudad holandesa de Leeuwarden, este puente de apenas 15 metros de largo sobre el río
1.2 Formulación del problema 1.2.1 Problema General ¿Podrá la presión hacer funcionar de un puente elevadizo hidráulico?
1.2.2. Problemas específicos ¿Será necesario la presión para hacer funcionar un puente elevadizo? ¿Qué principio de la hidráulica es necesario conocer para poder estudiar un puente elevadizo? ¿Por qué es importante conocer el funcionamiento de un puente elevadizo hidráulico?
1.3. Objetivos 1.3.1 Objetivo General Determinar la influencia de la presión en el funcionamiento de un puente elevadizo.
1.3.2 Objetivos Específicos Determinar conceptos básicos de la hidráulica. Aplicar el principio de Pascal para comprender el uso de un puente hidráulico. Proponer un supuesto caso, de modo que permita entender la formula principal del principio de Pascal. Mostrar mediante material educativo (videos e imágenes) el funcionamiento del puente hidráulico.
1.4. Justificación La presente investigación se enfocará en el estudio de La Mecánica de Fluidos, principalmente en la aplicación del principio de Pascal en un puente hidráulico, ya que debido a las necesidades que afronta la humanidad, la ingeniería se ha visto en la necesidad de aplicar los conocimientos teóricos y experimentales de la Física. De modo que este trabajo permitirá mostrar cual es la importancia del Principio de Pascal en nuestra vida cotidiana, empleando como caso al puente hidráulico, además se ofrecerá una mirada integral sobre los conceptos que involucra a la mecánica de fluidos.
CAPÍTULO II
2. MARCO TEÓRICO 2.1 Antecedentes de la investigación Con lo que respecta a los antecedentes de este proyecto se puede decir que existe una serie de investigaciones que buscan comprobar la ley de Pascal mediante el
funcionamiento de un puente elevadizo. Uno de estos, es el proyecto realizado en el Instituto Educativo Superior Tecnológico Privado “Tallan”, Chavez, Inga, Sernaque, Chambillo (2015), los cuales, realizaron una investigación sobre el Puente Hidráulico, en el cual emplearon el principio de Pascal, con el principal objetivo de hacer funcionar un mecanismo por medio del aumento de presión de fluidos. Por último, el instituto Politécnico, Jardón, Marini, Oliva, en su libro de Hidrostática, nos muestra conceptos importantes, que permiten comprender la aplicación de la ley de Pascal, lo que nos lleva analizar cómo puede llegar a realizarse el funcionamiento de un Puente elevadizo.
2.2. Bases teóricas científicas La principal base teórica de esta investigación se basa en el fundamento físico - matemático del francés Blaise Pascal (1623 – 1662) que se resume en la frase: “El incremento de presión aplicado a una superficie de un fluido incompresible (liquido), contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el mismo valor a cada una de las partes de este”. Es decir que, si en el interior de un líquido se origina una presión, estas se transmiten con igual intensidad en todas las direcciones y sentidos. De acuerdo con Jardón, Marini, Oliva (S, f.) mencionan que “La ley de Pascal fundamenta el funcionamiento de las genéricamente llamadas máquinas hidráulicas, que funcionan aplicando este principio.” (pág.8). Además, nos explica que una de las aplicaciones de esta Ley es en la “Prensa hidráulica” la cual consiste en dos cilindros conectados en su parte inferior de diferentes diámetros y que tienen dos émbolos o pistones y en los cuales, si en uno de ellos se aplica una fuerza, la presión de un líquido, generalmente un aceite es la misma en todo el tramo. Por ello, si llamamos P a la presión de entrada en el émbolo menor y Q a la presión de salida en el émbolo mayor, entonces la presión de entrada es igual a la presión de salida P = Q, entonces si P=F/A.
Figura 1: https://www.fisicanet.com.ar/fisica/estatica-de-fluidos/ap09-prensa-hidraulica.php
el tráfico marítimo a través de un cuerpo. La parte que se mueve se gira a través de un eje horizontal o a modo de bisagra.
Figura 3: https://www.educol.net/coloriage-pont-pont-a-bascule-i18893.html
2.4 Formulación de hipótesis. La presión que se ejerce en las jeringas mueve los dispositivos ya que la energía debe ser transmitida de un cuerpo a otro.
2.5 Variables
2.5.1 Variable Independiente y Dependiente Este trabajo se basa en determinar cómo es el establece la Ley de Pascal en el funcionamiento de un puente hidráulico, para ello través de un prototipo casero realizado por otros autores, lograremos analizar que la variable independiente de esta investigación es la presión ejercida en las jeringas, ya que esta vendría a ser la principal causa que permite mover los dispositivos de ambos extremos.
Tiene efecto sobre
Presión sobre las jeringas Movimiento de los dispositivos Figura 4: Elaboración propia.
Figura 5: https://www.google.com/search?q=presion+en+jeringas+de+un+puente+&tbm=isch&ved=2ahUKEwjZ3KXEla33AhU8RLgEHUlEDO8Q2cCegQIA BAA&oq=presion+en+jeringas+de+un+puente+&gs_lcp=CgNpbWcQAzoECAAQGFCBVjAH2CMImgAcAB4AIABgQSIAe4QkgEKMC4xMy4xLj UtMZgBAKABAaoBC2d3cy13aXotaW1nwAEB&sclient=img&ei=UoFlYtnrD7yI4dUPyYix-A4#imgrc=8lHhkFGmhWrGDM
3.1 Tipo de investigación Pons (1993) sostiene que el tipo de investigación que se debe utilizar se define de acuerdo con lo que se pretende conseguir, es decir que es fundamental plantear la problemática, su argumentación y los beneficios que podrían obtenerse de la misma para después establecer los objetivos propios y así poder definir el tipo de investigación adecuado para cada caso. Para fines de este estudio, se utilizará una metodología Básica -Descriptiva, ya que tiene como objeto reconocer la influencia de la presión en el funcionamiento de un puente hidráulico. 3.2 Método de investigación Debido al contexto y ciertas limitaciones que actualmente vivimos, tiene como método: Hipotético- deductivo; ya que, este método se encarga de tomar premisas, establecer hipótesis, verificar las mismas y luego hacer las respectivas conclusiones de los hechos. 3.3 Diseño de investigación El diseño de esta investigación es cuasi - experimental es aquella que tiene como objetivo poner a prueba una hipótesis causal manipulando (al menos) una variable independiente donde por razones logísticas o éticas no se puede asignar las unidades de investigación. 3.4 Muestra. Como ya lo habíamos determinado en las variables, el puente hidráulico casero funciona debido a la presión que existe en las jeringas. Ahora vamos a ver como se involucra la ley de Pascal en el funcionamiento de este dispositivo, para ello nos proponemos un caso, en esta situación debemos recordar que al ejercer una fuerza “x” esta va generar en los émbolos una presión. Para ello, es importante reconocer el embolo de las jeringas para poder determinar su área y posteriormente aplicarla en la ley de Pascal. En ese sentido, tomamos como muestra la siguiente imagen:
4.1 Presentación y análisis de resultados
Calculamos el área de ambos émbolos 2R = Diámetro A1 = 0 , 752 x 10 −^2 𝑥 π A2 = 1 x 10 −^2 𝑥 π A1 = 1,767𝑥 10 −^2 A2 = 3,14 𝑥 10 −^2 Remplazamos en la fórmula de Pascal: 10 𝑁 1,767 𝑥 10−2^ =^
Respuesta: Como en la vida cotidiana tenemos errores, existe la posibilidad que haya un error de aire en las mangueras que unen ambas jeringas, entonces en este caso la fuerza 2 sería de 17,77N. 4.2 Discusión de resultados. La interrogante que motivó el siguiente trabajo es: ¿qué aplicación tiene el principio de Pascal en los puentes?, y más específicamente, ¿cómo construir un puente que se levante sin tener que recurrir a la mecánica. Como hipótesis se afirmó que la manera de construirlo sería a través de la hidráulica, ya que, ocupando primero una pequeña superficie y luego una mayor, la fuerza se amplificaría, de manera que sería factible aplicarlo, ya que fácilmente podría levantar el puente y hacerlo retornar a su posición original. En varias ciudades del mundo existen este tipo de puentes, y por lo mismo se ve una gran utilidad del principio de pascal, porque aplicando pequeñas fuerzas iniciales podemos amplificar la fuerza hasta lograr obtener la que nos sirve a nosotros, una tan grande como para levantar piezas de metal de un gran tamaño real y de un peso de varias toneladas.
Según nuestra investigación, nos hemos podido dar cuenta que mientras mayor es el diámetro del embolo, mayor es el área de superficie, y que, con un área de superficie mayor, el pistón ejerce más fuerza. Entonces al aumentar la fuerza, también aumenta la presión del sistema, lo que permite que los dispositivos del puente se eleven.
Por otra parte, dentro de nuestra investigación hemos podido determinar que el principio que es necesario conocer es el de Pascal; ya que, este nos permite comprender el funcionamiento de los puentes hidráulicas.
En conclusión, se puede decir que la presión es una variable indispensable en el funcionamiento de un puente hidráulico elevadizo, dado que, se encuentra presente en todo dispositivo mecánico; además, se puede deducir que esta variable va aumentando a medida que la fuerza aumenta; por otra parte, se logró identificar que la presión puede ser empleada siempre y cuando exista una fuerza actuando sobre una superficie.
BIBLIOGRAFÍA
Jardón, A., Marini, S., & Oliva, A. (2016). 7401-16 FÍSICA Hidrostática-Hidrodinámica. Obtenido de: https://scholar.google.es/scholar?hl=es&as_sdt=0%2C5&q=Hidrost%C3%A1tica+Hidr odin%C3%A1mica&btnG=#d=gs_cit&t=1653319379129&u=%2Fscholar%3Fq%3Dinf o%3AZgIImXJZpyMJ%3Ascholar.google.com%2F%26output%3Dcite%26scirp%3D %26hl%3Des Mott, R. L. (2006). Mecanica de Fluidos 6/e. Pearson educación. Obtenido de: https://books.google.es/books?hl=es&lr=&id=LbMTKJ4eK4QC&oi=fnd&pg=PA1&dq =MEC%C3%81NICA+DE+FLUIDOS&ots=pRJC-DOLCn&sig=9ItwNN- hBsXYiOyIWgiR7WKzYPo#v=onepage&q=MEC%C3%81NICA%20DE%20FLUID OS&f=false Principio de Pascal. (s. f.). Areaciencias. Recuperado 23 de mayo de 2022, de https://www.areaciencias.com/fisica/principio-de-pascal/
