INFORME FINAL DE LABORATORIO DE TERMODINÁMICA

“CARRO RECOLECTOR DE BASURA”

INTRODUCCION

Para llevar a cabo este proyecto se inicio una investigación y un análisis sobre la estructura y el funcionamiento de un carro recolector de basura común y corriente. Posteriormente con el resultado de esta investigación, adecuamos un carro con control remoto miniatura hasta convertirlo en un camión recolector de basura que almacenara dichos residuos en una cabina interna y luego los expulsara al exterior del vehículo. La mayor parte de este funcionamiento se implemento con un sistema de mangueras contenidas con agua que tuvieran a los extremos de estas, jeringas para generar con aquella sustancia una cantidad específica de presión y de fuerza ocasionando así el origen de un movimiento, sea de la carcasa trasera del carro de basura o del mismo panel compactador que arrastra la basura hasta el interior del camión.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Demostrar las aplicaciones de las distintas temáticas de la termodinámica y fluidos en la simulación de un carro recolector de basura a escala.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Aplicar los principios de termodinámica y fluidos en la construcción de un carro recolector de basura.

Manejar y aplicar conceptos de fuerza, presión, área, densidad, trabajo, temperatura.

Realizar los respectivos cálculos matemáticos de la teoría para fundamentr la parte practica del proyecto.

MARCO TEORICO

Carro Recolector de Basura:

La basura ha sido un problema asociado a las ciudades que manifiestan un desarrollo industrial. La gestión en el manejo de residuos sólidos urbanos, se divide en tres etapas:

Generación y Acopio de basura Recolección y Transporte de basura Tratamiento y/o Disposición Final de basura

Para el sistema de recolección y transporte de basura, son necesarios los camiones compactadores de basura y los camiones para manejo de basura.

En un camión de basura normal suceden las siguientes etapas de presión hidráulica:

 Los cilindros de compactación se retraen, moviendo el mecanismo de compactación hacia abajo. El sistema de ciclo interrumpido detiene el panel de barrido/compactación a un punto aproximado de seis pulgadas por encima del borde de la tolva.

 La segunda fase del ciclo empieza con los cilindros de barrido de cuatro pulgadas haciendo girar el panel de barrido/compactación a través de la tolva. Al terminar el ciclo, se puede volver a cargar.

 

Los cilindros de cuatro pulgadas se extienden para compactar la carga. La fuerza controlada y sostenida durante todo el ciclo de compactación asegura que los cilindros de compactación entreguen el 100% de las 45.236 libras de fuerza (31 libras por pulgada cuadrada) contra la carga. El panel de eyección se mueve automáticamente hacia delante cuando se logre la compactación óptima.

Hidrostática:

La hidrostática tiene como objetivo estudiar los líquidos en reposo. Generalmente varios de sus principios también se aplican a los gases. El término de fluido se aplica a líquidos y gases porque ambos tienen propiedades comunes.

La presión (P) se relaciona con la fuerza (F) y el área (A) de la siguiente forma:

La presión se define como la fuerza ejercida sobre unidad de área p = F/A. De este modo obtenemos la ecuación: F1/A1 = F2/A2, entendiéndose a F1 como la fuerza en el primer pistón (jeringa) y A1 como el área de este último. Realizando despejes sobre esta ecuación básica podemos obtener los resultados deseados en la resolución de un problema de física de este orden.

Si se aumenta la presión sobre la superficie libre, por ejemplo, la presión total en el fondo ha de aumentar en la misma medida, ya que el término ρgh no varía al no hacerlo la presión total. Si el fluido no fuera incompresible, su densidad respondería a los cambios de presión y el principio de Pascal no podría cumplirse. Por otra parte, si las paredes del recipiente no fuesen indeformables, las variaciones en la presión en el seno del líquido no podrían transmitirse siguiendo este principio.

Principio de Pascal

El principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal que se resume en la frase: “la presión ejercida por un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables, se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.”

El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presión.

Densidad:

La densidad (símbolo ρ) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. Se expresa como la masa de un cuerpo dividida por el volumen que ocupa

Presión:

La presión ( p) es una magnitud física escalar que mide la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie.

En el Sistema Internacional la presión se mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton actuando uniformemente en un metro cuadrado. En el Sistema Inglés la presión se mide en una unidad derivada que se denomina libra por pulgada cuadrada (pound per square inch) psi que es equivalente a una fuerza total de una libra actuando en una pulgada cuadrada.

Cilindro Hidráulico:

Los cilindros hidráulicos (o motores hidráulicos lineales) son actuadores mecánicos que son usados para dar una fuerza a través de un recorrido lineal.

Operación de un cilindro Hidráulico:

Los cilindros hidráulicos obtienen la energía de un fluido hidráulico presurizado, que es típicamente algún tipo de aceite. El cilindro hidráulico consiste básicamente en dos piezas: un cilindro barril y un pistón o émbolo móvil conectado a un vástago. El cilindro barril está cerrado por los dos extremos, en uno está el fondo y en el otro, la cabeza por donde se introduce el pistón, que tiene una perforación por donde sale el vástago.

El pistón divide el interior del cilindro en dos cámaras: la cámara inferior y la cámara del vástago. La presión hidráulica actúa en el pistón para producir el movimiento lineal.

La fuerza máxima es función de la superficie activa del émbolo y de la presión máxima admisible, donde:

F = P * A

Esta fuerza es constante desde el inicio hasta la finalización de la carrera. La velocidad depende del caudal de fluido y de la superficie del pistón. Según la versión, el cilindro puede realizar fuerzas de tracción y/o compresión.

De forma general los cilindros pueden ser clasificados en dos grupos: de simple efecto y de doble efecto.

Presión hidrostática:

Un fluido pesa y ejerce presión sobre las paredes sobre el fondo del recipiente que lo contiene y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta presión, llamada presión hidrostática, provoca, en fluidos en reposo, una fuerza perpendicular a las paredes del recipiente o a la superficie del objeto sumergido sin importar la orientación que adopten las caras. Si el líquido fluyera, las fuerzas resultantes de las presiones ya no serían necesariamente perpendiculares a las superficies. Esta presión depende de la densidad del líquido en cuestión y de la altura a la que esté sumergido el cuerpo y se calcula mediante la siguiente expresión:

P= ρ gh+Po

Donde, usando unidades del SI,

P es la presión hidrostática (en pascales); ρes la densidad del líquido (en kilogramos sobre metro cúbico); g es la aceleración de la gravedad (en metros sobre segundo al cuadrado); h es la altura del fluido (en metros). Un liquido en equilibrio ejerce fuerzas

perpendiculares sobre cualquier superficie sumergida en su interior Poes la presión atmosférica.

“Carro Recolector de Basura”

MATERIAL Y EQUIPO

1. Carro a control remoto a escala2. Pistola de soldar de estaño3. Estaño y crema para soldadura4. Pistola de silicona5. Fluido a utilizar: Agua6. Palos de paleta (helado)7. Jeringas (de 3, 5 y 10 ml)8. Mangueras de Equipo de catéter 9. Super bonder10. Cinta transparente11. Colbón12. Amarres plásticos13. Pintura de aceite14. Temperas

15.Otros materiales para aspecto físico proyecto

DESARROLLO DEL PROYECTO

En nuestro diseño de carro recolector de basura, se utilizo la base de un carro de juguete y se modificaron varias partes de este para convertirlo en un carro de basura utilizamos un sistema de jeringas conectadas por medio de mangueras donde el fluido es agua para ejercer la presión hidrostática y así poder realizar todos los movimientos de compresión requeridos para un carro de basura estándar.

La carcasa del carro, la tolva, la rampa, el panel de compactación y arrastre de la basura y el sistema de expulsión que retira la basura se realizaron con trozos de madera de peso de 1,5 g y tamaño uniforme de 10,2 cm.

El desplazamiento del carro funciona únicamente con corriente directa generada con pilas y se realiza por medio de un control remoto.

Diseño de carrocería con palos de helado

Diseño de la tolva en la carrocería

Diseño de rampa que envía la basura a la tolva

Diseño de carcasa trasera y panel de compactación del carro recolector

Armado de carcasa trasera de carro recolector

Diseño parte superior carro para organizar sistema de jeringas

Los cilindros de arrastre se realizaron con 2 jeringas, una jeringa realiza el movimiento, la otra jeringa ejerce la fuerza sobre el fluido

Cilindros de compactación con 3 jeringas, 2 jeringas de 3 mL realizan la compresión de la basura y una jeringa de 10mL en el extremo que realiza la fuerza sobre el liquido para hacer la compresion, utilizando una T para que se distribuya la fuerza que se ejerce en la jeringa del extremo en las 2 jeringas.

Diseño de riel para panel de compactamiento

Diseño del funcionamiento del panel compactador de basura

Cilindros de expulsión se utilizaron 2 jeringas de 5mL, una jeringa que expulsa la basura que se encuentra en la tolva y la otra jeringa ejerce la fuerza para vaciar la tolva de almacenado de basura.

Arreglo de jeringas (cilindros) para expulsar la jeringa del carro recolector de basura

Movimiento que realiza la jeringa que expulsa la basura del carro recolector

Cilindros de levante:

Formado por 4 jeringas de 5 mL 2 jeringas que levantaran la carcasa trasera para que entre a funcionar los cilindros que expulsan la basura. Las otras 2 jeringas realizaran la fuerza que se necesita para dicha labor.

CALCULOS

Panel compactador

Mangueras:

Radio 0,2 cm longitud de 25 cm volumen de la manguera: 3,1415 mL

Se usaron 2 mangueras

Jeringas:

1 jeringa de 10 mL

Volumen de agua:

10 mL+ 6,283mL = 16,283 mL

Panel arrastre

Mangueras:

Radio 0,2 cm longitud de 50 cm volumen de la manguera: 6,283 mL

Jeringas:

Volumen de agua:

5 mL+ 6,283mL = 11,283mL

Panel levante

2 mangueras:

Radio 0,2 cm longitud de 50 cm volumen de la manguera: 6,283mL

Jeringas:

2 jeringas de 5 mL

Volumen de agua:

10 mL+ 12,566mL = 22,566mL

Panel expulsion

mangueras:

Radio 0,2 cm longitud de 50 cm volumen de la manguera: 6,283mL

Jeringas:

Jeringa de 5 mL

Volumen de agua:

5 mL+ 6,283mL = 11,283mL

Volumen total de agua utilizada en todo el sistema: 61,41 mL agua

En principio todo el sistema hidráulico se comporta de la misma manera con base a esta formula

P 1/A1 = P 2/A2

Inferimos que la presión que ejercemos es de 0,4 atm para mover el pistón, los líquidos como el agua permiten multiplicar la fuerza aplicada en todas las direcciones abarcando el área del pistón que debemos mover.

P = F/A

P = 4N/1*10-4m2 = 40000 Pa = 0,4 atm

El área en la superficie del embolo es igual para todas las jeringas.

Densidad del fluido: Agua

Masa del agua: 26.1 g

Volumen del agua: 25 ml

Densidad del agua: 1.044 gml

CONCLUSIONES:

Se logro la demostración de las aplicaciones de termodinámica y fluidos en la simulación de un carro recolector de basura.

Se aplicaron algunos principios de termodinámica y fluidos en la construcción de un carro de basura.

Se logro demostrar y conceptualizar términos como fuerza, área, densidad, trabajo, presión, temperatura.

Se logro la implementación de el principio de pascal acerca de que “la presión ejercida por un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables, se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.”

Debido a que el diseño de algunas partes del carro recolector de basura no son totalmente herméticas hace que el margen de error de los calculo matematicos sea aun mayor.

BIBLIOGRAFIA:

http://www.quiminet.com/articulos/los-camiones-compactadores-de-basura-y-camiones-para-manejo-de-basura-31819.htm

http://www.equiurbe.com/limpieza-viaria/limpieza-viaria.php?limpieza=camiones-recolectores&x=compactador

http://www.google.com.co/imgres?q=palo+de+helado&hl=es&sa=X&biw=1280&bih=629&tbm=isch&prmd=imvns&tbnid=xSqT73TH3Fr_WM:&imgrefurl=http://www.vivastreet.cl/banquetes-comida%2Bprovidencia/palito-para-helado/25866676&docid=oG_pXRx-jibaaM&imgurl=http://media01-ak.vivastreet.com/classifieds/03/a/25866676/large/1.jpg%253Fdt%253D0a80b57dbaceb1b6da39467dd6fe8474&w=318&h=259&ei=isogT83JNcOhgwe3i6X9CA&zoom=1&iact=hc&vpx=529&vpy=143&dur=3994&hovh=203&hovw=249&tx=185&ty=61&sig=102727445454438104172&page=1&tbnh=124&tbnw=157&start=0&ndsp=21&ved=1t:429,r:16,s:0

http://es.wikipedia.org/wiki/Cilindro_hidr%C3%A1ulico http://es.wikipedia.org/wiki/Hidrost%C3%A1tica http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Pascal http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad