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COHETE HIDRAULICO
FRANKLIN MENDEZ SUAZA
CÓDIGO: 4846
EDWIN STEVEN PATIÑO ORTIZ
CÓDIGO: 5513
BYRON ALEJANDRO MERA ORTIZ
CÓDIGO: 6581
ANTEPROYECTO FLUIDOS Y TERMODINAMICA
ING. JAVIER BOBADILLA
ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES
AREA: FISICA DE FLUIDOS Y TERMODINAMICA
BOGOTÁ D.C
2014
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Crear, diseñar y construir un prototipo que funcione como cohete hidráulico
usando como propulsor el agua líquida, utilizando materiales reciclables
aplicando los principios vistos en clase.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Aplicar los conceptos dados en clase para ponerlos en práctica en el
proyecto que se desarrollará.
Lograr que el cohete hidráulico tenga la precisión, altura y
especificaciones requeridas para poder ganar la competencia que se va
a realizar.
Observar videos y tomar inspiraciones en proyectos ya realizados.
Implementar materiales de fácil acceso para la construcción del
prototipo
Comprender la importancia del uso de diferentes materiales en el
prototipo.
ANTECEDENTES
En la década de 1960, el Japón importó cohetes de agua de juguete fabricados
en Alemania y los Estados Unidos. A mediados de 1980 se realizaron
competiciones de cohetes de agua en Escocia.
Las botellas de polietileno tereftalato (PET) para bebidas gaseosas, que es el
material que se utiliza generalmente para fabricar cohetes de agua, fueron
empleadas por primera vez en 1974 en los Estados Unidos de América y su
uso aumentó rápidamente a medida que se difundían entre los consumidores.
La idea de fabricar cohetes impulsados por aire a presión surgió en el año 1983
como proyecto fin de carrera en una universidad de EEUU. Desde entonces, el
prototipo de cohete propulsado con agua ha ido ganando popularidad hasta ser
usado por la NASA en busca de nuevos talentos por colegios americanos.
Los modelos de cohetes son populares en los Estados Unidos y escuelas,
museos de ciencias, etc. Se organizan actividades de construcción de cohetes
de agua; se encuentran a la venta diversos modelos de cohetes de agua para
armar. En Europa los modelos de cohetes para armar han sido más populares
que los cohetes de agua. Sin embargo, estos últimos tienen una larga tradición
en varios países tales como Inglaterra, Francia y Escocia. En 2001, Por
ejemplo, Inglaterra inició una competición llamada “Wáter Rocket Challenge“.
En todo el mundo se encuentran aficionados a los cohetes de agua, que
intercambian información sobre diseños originales tanto de cohetes como de
lanzadores. Muchos compiten con otros Por superar las marcas de altura con el
mismo entusiasmo e intensidad que los que disfrutan de los deportes. En
muchos países de Asia, entre ellos China, Corea, Filipinas, Indonesia, Sri
Lanka, Vietnam, Singapur e India, los cohetes de agua son cada vez más
populares y va en aumento el número de competiciones. En 2005 se
emprendió una iniciativa internacional sobre cohetes de agua destinado a los
jóvenes del Asia y el Pacífico, con el propósito de promover la educación de las
ciencias espaciales.
Un cohete hidráulico puede dividirse en varias partes como:
1. botellas
Se utiliza como la base y la contextura del cohete hidráulico ya que es una de
las partes más importantes al momento de llevar a cabo la construcción.
2. Liquido
En este caso se utilizó agua ya que su densidad es 999,97 kg/m³ y es un
líquido con poca densidad. También lo tuvimos en cuenta ya que es un cohete
hidráulico por tal razón se bebe utilizar.
3. Bisturí
Es un objeto en forma de cuchillo de hoja fina y puntiaguda de una o dos cortes
compuesto por una lámina de acero y un mango metálico o de plástico. Es muy
usado en manualidades ya que es muy preciso y tiene un corte muy fino. En
nuestro caso se utiliza para darle forma y contextura a nuestro cohete y de
igual razón para poder obtener los alerones.
4. papel de radiografía
Se utilizó para hacer los alerones del cohete ya que le daba mayor precisión y
al momento de hacer el vuelo su despegue y caída era de manera parabólica.
5. Pintura
Se utilizó para darle color, vida y un acabado excelente al brazo hidráulico.
6. colbon
Se utilizó para poder anexar los alerones con la base del cohete darle textura y
un mejor acabado.
MARCO TEORICO
HISTORIA Y PIONEROS
El cohete tiene origen en el siglo XIII en China con las Saetas de fuego,
elementos bélicos propulsados por pólvora, es decir, por una reacción química.
“Desde entonces hasta el siglo XVIII la pólvora fue la base de la evolución del
cohete, alimentado una densa y larga serie de experiencias e intentos bélicos”.
Pero el verdadero inicio de la cohetería se remonta al siglo XIX con Konstantin
Eduardovitch Tsiolkovski, profesor de matemáticas y física ruso, quien
contribuyó teóricamente al desarrollo de la astronáutica. Tsiolkovski hizo un
análisis de gran parte de los aspectos técnicos del vuelo espacial en sus obras
“Sueño de la tierra y el cielo” y “La exploración del espacio cósmico mediante
aparatos de reacción”. “El estudioso ruso exploró incluso los problemas
relativos a la aceleración sugiriendo por vez primera el uso de cohetes plurifase
para alcanzar la velocidad de fuga y anticipando también el desarrollo de las
estaciones y de las colonias espaciales.”
La construcción de cohetes se formalizó con Werher Von Braun, prusiano
nacido en 1912 que se inició como constructor de cohetes experimentales.
Construyo varios modelos que inicialmente eran financiados por la Luptwaffe,
que tenía como interés principal dotar a sus aviones con mísiles balísticas.
HISTORIA DE LOS COHETES HIDRAULICOS
En la década de 1960, el Japón importó cohetes de agua de juguete fabricados
en Alemania y los Estados Unidos. A mediados de 1980 se realizaron
competiciones de cohetes de agua en Escocia.
Las botellas de polietileno tereftalato (PET) para bebidas gaseosas, que es el
material que se utiliza generalmente para fabricar cohetes de agua, fueron
empleadas por primera vez en 1974 en los Estados Unidos de América y su
uso aumentó rápidamente a medida que se difundían entre los consumidores.
TERCERA LEY DE NEWTON ACCION Y REACCION
La formulación original de la tercera ley por parte de Newton implica que la acción y reacción, además de ser de la misma magnitud y opuestas, son colineales. En esta forma la tercera ley no siempre se cumple en presencia de campos magnéticos. En particular, la parte magnética de la fuerza de Lorentz que se ejercen dos partículas en movimiento no son iguales y de signo contrario. Esto puede verse por cómputo directo. Dadas dos partículas puntuales con cargas q1 y q2 y velocidades , la fuerza de la partícula 1 sobre la partícula 2 es:
Donde d la distancia entre las dos partículas y es el vector director unitario que va de la partícula 1 a la 2. Análogamente, la fuerza de la partícula 2 sobre la partícula 1 es:
Empleando la identidad vectorial , puede verse que la primera fuerza está en el plano formado por y que la segunda fuerza está en el plano formado por y . Por tanto, estas fuerzas no siempre resultan estar sobre la misma línea, aunque son de igual magnitud (siempre que no sea paralela a o , ya que entonces ni siquiera se cumpliría la forma débil.)
Versión débil del principio de acción y reacción
Como se explicó en la sección anterior ciertos sistemas magnéticos no
cumplen el enunciado fuerte de este principio (tampoco lo hacen las fuerzas
eléctricas ejercidas entre una carga puntual y un dipolo). Sin embargo si se
relajan algo las condiciones los anteriores sistemas sí cumplirían con otra
formulación más débil o relajada del principio de acción y reacción. En concreto
los sistemas descritos que no cumplen este principio en su forma fuerte, si
cumplen el principio de acción y reacción en su forma débil:
La acción y la reacción deben ser de la misma magnitud (aunque no
necesariamente deben encontrarse sobre la misma línea)
Todas las fuerzas de la mecánica clásica y el electromagnetismo no-relativista
cumplen con la formulación débil, si además las fuerzas están sobre la misma
línea entonces también cumplen con la formulación fuerte de la tercera ley de
Newton.
PRESION: es una magnitud física que mide la proyección de la fuerza en
dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo
se aplica una determinada fuerza resultante sobre una línea. En el Sistema
Internacional de Unidades 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 libra por pulgada cuadrada (pound per square inch o psi) que es
equivalente a una fuerza total de una libra actuando en una pulgada cuadrada.
AIRE: Se denomina aire a la mezcla de gases que constituye la atmósfera terrestre, que permanecen alrededor del planeta Tierra por acción de la fuerza de gravedad. El aire es esencial para la vida en el planeta y transparente en distancias cortas y medias.
En proporciones ligeramente variables, está compuesto por nitrógeno (78 %), oxígeno (21 %), vapor de agua (0-7 %), y otras sustancias (1 %), como ozono, carbono, hidrógeno y gases nobles (como kriptón y argón).
ROZAMIENTO: Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción, a la fuerza entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento entre ambas superficies (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones, mayormente microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza perpendicular R entre ambas superficies no lo sea perfectamente, sino que forme un ángulo φ con la normal N (el ángulo de rozamiento). Por tanto, la fuerza resultante se compone de la fuerza normal N (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento F, paralela a las superficies en contacto.
TIRO PARABOLICO: Se denomina movimiento parabólico al realizado por un objeto cuya trayectoria describe una parábola. Se corresponde con la trayectoria ideal de un proyectil que se mueve en un medio que no ofrece resistencia al avance y que está sujeto a un campo gravitatorio uniforme.
En realidad, cuando se habla de cuerpos que se mueven en un campo gravitatorio central (como el de La Tierra), el movimiento es elíptico. En la superficie de la Tierra, ese movimiento es tan parecido a una parábola que perfectamente podemos calcular su trayectoria usando la ecuación matemática de una parábola. La ecuación de una elipse es bastante más compleja. Al lanzar una piedra al aire, la piedra intenta realizar una elipse en uno de cuyos focos está el centro de la Tierra. Al realizar esta elipse inmediatamente choca con el suelo y la piedra se para, pero su trayectoria es en realidad un "trozo" de elipse. Es cierto que ese "trozo" de elipse es casi idéntico a un "trozo" de parábola. Por ello utilizamos la ecuación de una parábola y lo llamamos "tiro
parabólico". Si nos alejamos de la superficie de la Tierra sí tendríamos que utilizar una elipse (como en el caso de los satélites artificiales).
PRINCIPIOS AERODINAMICOS: Aerodinámica es la parte de la mecánica de fluidos que estudia los gases en movimiento y las fuerzas o reacciones a las que están sometidos los cuerpos que se hallan en su seno. A la importancia propia de la aerodinámica hay que añadir el valor de su aportación a la aeronáutica. De acuerdo con el número de Mach o velocidad relativa de un móvil con respecto al aire, la aerodinámica se divide en subsónica y supersónica según que dicho número sea inferior o superior a la unidad.
Hay ciertas leyes de la aerodinámica, aplicables a cualquier objeto moviéndose a través del aire, que explican el vuelo de objetos más pesados que el aire. Para el estudio del vuelo, es lo mismo considerar que es el objeto el que se mueve a través del aire, como que este objeto esté inmóvil y es el aire el que se mueve (de esta última forma se prueban en los túneles de viento prototipos de aviones).
Es importante que el piloto obtenga el mejor conocimiento posible de estas leyes y principios para entender, analizar y predecir el rendimiento de un aeroplano en cualesquiera condiciones de operación. Los aquí dados son suficientes para este nivel elemental, no pretendiéndose una explicación ni exhaustiva ni detallada de las complejidades de la aerodinámica.
Teorema de BernoulliDaniel Bernoulli comprobó experimentalmente que "la presión interna de un fluido (líquido o gas) decrece en la medida que la velocidad del fluido se incrementa", o dicho de otra forma "en un fluido en movimiento, la suma de la presión y la velocidad en un punto cualquiera permanece constante", es decir que p + v = k.
Para que se mantenga esta constante k, si una partícula aumenta su velocidad v será a costa de disminuir su presión p, y a la inversa.
El teorema de Bernoulli se suele expresar en la forma p+1/2dv² = constante, denominándose al factor p presión estática y al factor 1/2dv² presión dinámica.
p + 1/2 dv² = k; 1/2 dv² = pd
p=presión en un punto dado. d=densidad del fluido. v=velocidad en dicho punto. Pd=presión dinámica.
ESPECIFICACIONES
Diseñar y fabricar un cohete hidráulico incluyendo las partes que lo
componen.se puede usar cualquier tipo de herramienta incluyendo, bisturí y si
es necesario, sus principales materiales deber ser botellas de plástico que sean
de 600 ml con el fin de observar su ensamble y diseño con el fin que sea un
cohete de precisión que pueda alcanzar los 14 metros propuestos.
POSIBLES SOLUCIONES
*el cohete hidráulico puede ser diseñado de cualquier medida pero siempre
teniendo en cuenta que se debe conservar su forma, la fabricación del cohete
se elabora desde unas botellas de plástico ya que es muy fácil de trabajar y
manejar y hací podremos darle forma.
* puede realizarse un diseño pequeño ya que tiene como objetivo dar a conocer
su funcionamiento
* utilizar varios tipos de botellas de diferentes medidas y longitud
*utilizar varios tipos de papel para los alerones.
ANALISIS Y SELECCIÓN
Analizando cada una de las propuestas para el diseño y la construcción del
cohete podemos concluir que:
Construir el cohete en botellas plásticas y papel de radiografía sería de gran
ventaja ya que es un material liviano de fácil manejo tiene la característica que
para adquirirlo es muy fácil ya que nos podría ahorrar tiempo al momento de
buscar otro tipo de material, ya que también nos ofrece los parámetro
requeridos y la resistencia necesaria. Ahora los factores negativos que puede
tener este tipo de material es que es muy delicado y frágil ya que se puede
romper o perder forma muy rápido. En los alerones utilizamos papel de
radiografía ya que al momento de mojarse no va a perder su forma y es muy
fuerte al momento de caer el cohete.
DISEÑO DETALLADO
Para este caso se desea construir un cohete hidráulico de forma didáctica y
creativa, con una única y principal característica que es: el cohete como tal
debe caer en un punto preciso ya que en este caso son 14 metros la mitad de
una cancha de micro también intentando utilizar material reciclable.
RESULTADOS
Durante la realización del proyecto obtenemos que se realizó un buen
trabajo, ya que al encontrarnos con varios obstáculos y dificultades a la
hora de obtener su buena funcionalidad, esto se logra mediante la
improvisación con variedad de materiales, investigamos varios puntos de
vista y llegamos a encontrar cual eran las fallas y corregimos gracias a la
opinión del docente, se logra llegar a buen resultado.
Satisfactoriamente vemos que se dieron las cosas y los buenos
resultados gracias a que hubo un trabajo en equipo, que fue de gran
importancia el punto de vista de cada integrante para que con su aporte
se complementara una sola idea y se viera reflejado en el proyecto. El
trabajo en clase y extra clase fueron ese complemento y cada idea que
se acogía era adaptada para lograr una buena funcionalidad, durante el
semestre el trabajo era constante, y efectivamente se llega a lo planeado.
CONCLUSIONES
En este presente proyecto podemos demostrar que la fuerza y presión
puede originar movimientos en los cuerpos.
Y así podemos demostrar que no solo por medio de un motor podemos
generar algún movimiento.
En la realización de un cohete hidráulico implica manejar inicialmente los
principio de pascal y la tercera ley de newton con base a lo cual incluye
llegar a profundizar con más información como: acción y reacción ,
presión hidrostática y fluidos para así poder llegar a comprender la parte
teórica y así poder seguir a la parte practica el cual incluye materiales
para su correcta elaboración y así con la información recabada y la
realización del proyecto llegar a comprender su importancia en su
utilización.
Llegamos a la conclusión de comprender la gran importancia de este
proyecto, pues notamos la gran importancia que se puede convertir este,
el uso del mismo puede estar relacionado como una gran herramienta en
el ámbito industrial, mecánico, automotriz, obrero, y científico, etc. En
conclusión la ingeniería hace referencia a ingenio este lo podríamos
llevar a tal punto de dar soluciones en diversas operaciones laborales
que nos encontramos.
BIBLIOGRAFIAS
http://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Newton
http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/wiki/Aire
http://es.wikipedia.org/wiki/Cohete_de_agua
https://2mp.conae.gov.ar/descargas/Materiales%20/Cohetes_de_Agua-Manual_del_Educador.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Fricci%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_parab%C3%B3lico
http://www.manualvuelo.com/PBV/PBV12.html