construcciÓn de modelos con actuadores … · actuadores hidráulicos hacen las veces de los...
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ACTUADORES HIDRÁULICOS
COLEGIO NACIONAL NICOLÁS ESGUERRA, BOGOTA DC.
Profesor: César Augusto Navarrete Lombana.
MODELO PEDAGÓGICO DE INSTRUCCIÓN DIRECTA
CONSTRUCCIÓN DE MODELOS CON
OBJETIVO. Diseñar y construir un objeto
tecnológico que logre trasportar
un objeto, de un lugar a otro
utilizando actudores hidráulicos.
TIEMPO. 4 sesiones de clase de 1 hora.
TRABAJO
EN
EQUIPO.
Grupos máximo de tres
estudiantes, para el desarrollo
del proyecto.
REFERENTES TEÓRICOS:
HIDRÁULICA: Aplicación de la mecánica de fluidos en ingeniería,
para construir dispositivos que funcionan con líquidos,
por lo general agua o aceite. La hidráulica resuelve
problemas como el flujo de fluidos por conductos o
canales abiertos y el diseño de presas de embalse,
bombas y turbinas. En otros dispositivos como
boquillas, válvulas, surtidores y medidores se encarga
del control y utilización de líquidos.
Las dos aplicaciones más importantes de la hidráulica se centran en el diseño de
activadores y prensas. Su fundamento es el principio de Pascal, que establece
que la presión aplicada en un punto de un fluido se transmite con la misma
intensidad a cada punto del mismo. Como la fuerza es igual a la presión
multiplicada por la superficie, la fuerza se amplifica mucho si se aplica a un fluido
encerrado entre dos pistones de área diferente.
NOMBRE CURSO
NOMBRE CURSO
NOMBRE CURSO
NOMBRE CURSO
ACTUADORES HIDRÁULICOS
COLEGIO NACIONAL NICOLÁS ESGUERRA, BOGOTA DC.
Profesor: César Augusto Navarrete Lombana.
MODELO PEDAGÓGICO DE INSTRUCCIÓN DIRECTA
CONSTRUCCIÓN DE MODELOS CON
Si, por ejemplo, un pistón tiene un área de
1 y el otro de 10, al aplicar una fuerza de
1 al pistón pequeño se ejerce una presión
de 1, que tendrá como resultado una
fuerza de 10 en el pistón grande. Este
fenómeno mecánico se aprovecha en
activadores hidráulicos como los
utilizados en los frenos de un automóvil,
donde una fuerza relativamente pequeña
aplicada al pedal se multiplica para
transmitir una fuerza grande a la zapata
del freno. Los alerones de control de los
aviones también se activan con sistemas
hidráulicos similares. Los gatos y
elevadores hidráulicos se utilizan para
levantar vehículos en los talleres y para
elevar cargas pesadas en la industria de
la construcción.
ELEVADOR HIDRÁULICO El elevador hidráulico se basa en el principio de
que el trabajo necesario para mover un objeto es
el producto de la fuerza por la distancia que
recorre el objeto. El elevador hidráulico utiliza un
líquido incompresible para transmitir la fuerza, y
permite que una pequeña fuerza aplicada a lo
largo de una gran distancia tenga el mismo
efecto que una gran fuerza aplicada a lo largo de
una distancia pequeña. Esto hace que pueda
emplearse una pequeña bomba de mano para
levantar un automóvil.
ACTUADORES HIDRÁULICOS
COLEGIO NACIONAL NICOLÁS ESGUERRA, BOGOTA DC.
Profesor: César Augusto Navarrete Lombana.
MODELO PEDAGÓGICO DE INSTRUCCIÓN DIRECTA
CONSTRUCCIÓN DE MODELOS CON
ACTUADOR: Se denominan actuadores a
aquellos elementos que
pueden provocar un efecto
sobre un proceso
automatizado.
Los actuadores son
dispositivos capaces de
generar una fuerza a partir
de líquidos, de energía
eléctrica y gaseosa. El
actuador recibe la orden de
un regulador o controlador y
da una salida necesaria
para activar a un elemento
final de control como lo son
las válvulas.
Existen tres tipos de
actuadores:
•Hidráulicos
•Neumáticos
•Eléctricos
Los actuadores hidráulicos, neumáticos
y eléctricos son usados para manejar
aparatos mecatrónicos. Por lo general,
los actuadores hidráulicos se emplean
cuando lo que se necesita es potencia,
y los neumáticos son simples
posicionamientos. Sin embargo, los
hidráulicos requieren mucho equipo
para suministro de energía, así como
de mantenimiento periódico. Por otro
lado, las aplicaciones de los modelos
neumáticos también son limitadas
desde el punto de vista de precisión y
mantenimiento.
Los actuadores hidráulicos, que son los
de mayor antigüedad, pueden ser
clasificados de acuerdo con la forma de
operación, funcionan en base a fluidos
a presión. Existen tres grandes grupos:
•cilindro hidráulico
•motor hidráulico
•motor hidráulico de oscilación
ACTUADORES HIDRÁULICOS
COLEGIO NACIONAL NICOLÁS ESGUERRA, BOGOTA DC.
Profesor: César Augusto Navarrete Lombana.
MODELO PEDAGÓGICO DE INSTRUCCIÓN DIRECTA
CONSTRUCCIÓN DE MODELOS CON
CILINDRO HIDRÁULICO
De acuerdo con su función podemos
clasificar a los cilindros hidráulicos en 2
tipos: de Efecto simple y de acción doble.
En el primer tipo se utiliza fuerza hidráulica
para empujar y una fuerza externa,
diferente, para contraer. El segundo tipo se
emplea la fuerza hidráulica para efectuar
ambas acciones.
Cuando sobre una superficie plana de área
A se aplica una fuerza normal F de manera
uniforme y perpendicularmente a la
superficie, la presión P viene dada por:
PROPIEDADES DE LA PRESIÓN EN UN MEDIO
FLUIDO 1.La presión en un punto de un fluido en reposo es igual en todas
las direcciones (principio de Pascal).
2.La presión en todos los puntos situados en un mismo plano
horizontal en el seno de un fluido en reposo (y situado en un
campo gravitatorio constante) es la misma.
3.En un fluido en reposo la fuerza de contacto que ejerce en el
interior del fluido una parte de este sobre la otra es normal a la
superficie de contacto (Corolario: en un fluido en reposo la fuerza
de contacto que ejerce el fluido sobre la superficie sólida que lo
contiene es normal a ésta).
4.La fuerza asociada a la presión en un fluido ordinario en reposo
se dirige siempre hacia el exterior del fluido, por lo que debido al
principio de acción reacción, resulta en una compresión para el
fluido, jamás una tracción.
5.La superficie libre de un líquido en reposo (y situado en un
campo gravitatiorio constante) es siempre horizontal. Eso es
cierto sólo en la superficie de la Tierra y a simple vista, debido a
la acción de la gravedad no es constante. Si no hay acciones
gravitatorias, la superficie de un fluido es esférica y, por tanto, no
horizontal.
6.En los fluidos en reposo, un punto cualquiera de una masa
líquida está sometida a una presión en función únicamente de la
profundidad a la que se encuentra el punto. Otro punto a la
misma profundidad, tendrá la misma presión. A la superficie
imaginaria que pasa por ambos puntos se llama superficie
equipotencial de presión o superficie isobárica.
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Profesor: César Augusto Navarrete Lombana.
MODELO PEDAGÓGICO DE INSTRUCCIÓN DIRECTA
CONSTRUCCIÓN DE MODELOS CON
PROCESO DE CONSTRUCCION PASO A PASO
Paso número 1: Construcción del
actuador hidráulico.
MATERIALES: Dos jeringas de diferente
tamaño
30 cm de cánula (manguera
siliconada)
Una barra de silicona.
Un rollo de cinta de teflón.
Un recipiente con agua
HERRAMIENTAS: Bisturí
Pistola de silicona
Regla y escuadras.
lápiz
Paso 1
Paso 2
cánula jeringas
Llene la jeringa
grande
totalmente de
agua.
Llene la jeringa
pequeña de agua
en un tercio 1/3
de su capacidad.
Envuelva o enrolle
teflón en el extremo de
las dos jeringas
teniendo cuidado de no
tapar el agujero. Nota: el teflon es para que la
manguera o cánula entre a presión
en el extremo de la jeringa,
entonces enrolle tanto teflon como
sea necesario para que al unir la
cánula con las jeringas estas
queden ajustadas a presión
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MODELO PEDAGÓGICO DE INSTRUCCIÓN DIRECTA
CONSTRUCCIÓN DE MODELOS CON
Paso 3 Conecte los extremos de
la cánula a cada una de
las jeringas teniendo
cuidado que quede a
presión.
Si coloco demasiado
teflon y la cánula no entra,
retire una parte sobrante
hasta que esta ajuste, lo
importante es que la
cánula entre con fuerza en
el extremo de la jeringa
Ahora pegue con silicona la
cánula a la jeringa en cada
uno de sus extremos como se
muestra en la gráfica.
Presione la jeringa pequeña
de tal forma que su contenido
llene el interior de la manguera
o cánula.
¡¡¡ Felicitaciones en este punto ha
terminado de construir su primer
actuador hidráulico ¡¡¡
Paso 4
Paso 5
NOTA: cada grupo debe desarrollar
como minino tres actuadores
hidráulicos para el movimiento de
objeto tecnológico.
Si encuentra problemas en la
construcción del actuador
hidráulico, diríjase al profesor de
tecnología con la duda o problema
puntual que ocurrió en su
construcción.
El principio de acción y reacción se hace
evidente en el actuador hidráulico, ya que
como se muestra en la gráfica, al ejercer
una fuerza sobre un embolo, el fluido se
desplaza por la cánula, causando el efecto
de desplazamiento del embolo contrario en
el extremo del actuador hidráulico.
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COLEGIO NACIONAL NICOLÁS ESGUERRA, BOGOTA DC.
Profesor: César Augusto Navarrete Lombana.
MODELO PEDAGÓGICO DE INSTRUCCIÓN DIRECTA
CONSTRUCCIÓN DE MODELOS CON
CONSTRUCCIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL
BRAZO ROBÓTICO.
Realizando una analogía, un brazo robótico funciona similarmente a un brazo humano, donde los
actuadores hidráulicos hacen las veces de los músculos, que proporcionan el movimiento.
Por lo tanto la construcción de la estructura del brazo, es decir el conjunto de partes que lo sostienen y
permiten su funcionamiento se pueden relacionar con el brazo humano en el sistema óseo de brazo,
para los cual es necesario tener en cuenta que partes son las que componen un brazo humano.
Brazo.
• El antebrazo.
• La mano.
• Los dedos.
• El proceso de construcción de la estructura del brazo robótico con funcionamiento hidráulico se
describe a continuación.
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Profesor: César Augusto Navarrete Lombana.
MODELO PEDAGÓGICO DE INSTRUCCIÓN DIRECTA
CONSTRUCCIÓN DE MODELOS CON
MATERIALES: Cuatro barras de
silicona.
Laminas de madera
balso
HERRAMIENTAS: Bisturí
Pistola de silicona
Regla y escuadras.
lápiz
PRIMERO: ya que el diseño y
construcción del brazo robótico
debe ser desarrollado por cada
una de las empresas productoras
de prototipos Robóticos, se realiza
un diagrama general del brazo
mecánico con funcionamiento
hidráulico, para que los grupos
encargados de su diseño y
construcción lo tomen como
elemento de guía, del
funcionamiento o ejemplo.
NOTA IMPORTANTE: el
siguiente gráfico ilustra una
posibilidad de construcción del
brazo mecánico, y el diseño
desarrollado por cada grupo
puede basarse en su
funcionamiento, pero no puede
realizar una copia exacta ni de
su estructura ni de la
disposición de los actuadores
hidraulicos.
ACTUADORES HIDRÁULICOS
COLEGIO NACIONAL NICOLÁS ESGUERRA, BOGOTA DC.
Profesor: César Augusto Navarrete Lombana.
MODELO PEDAGÓGICO DE INSTRUCCIÓN DIRECTA
CONSTRUCCIÓN DE MODELOS CON
ALGUNOS EJEMPLOS