Construccion de Cohetes

Instituto: I.E.S. Cardenal Herrera Oria (Madrid)

Departamento: Tecnología

Profesor: José Domingo Fernández Herranz.

Alumnos:

David Serrano Gutierrez Iván Moreno Rodriguez Miguel Melero de la Fuente Mario Villalba Antón Categoría: Segundo ciclo de ESO

Modalidad: Experimental

Construcción de cohetes.-

INTA Concurso Espacial. Modalidad: Experimentación Página 2

ÍNDICE.-

� Introducción ……..…………………….………………………………………………..3

� Primeros pasos ……………….…………………………………………………………3

� Objetivos y contenidos ……………………………………………………………..4

� ¿Qué hizo el profesor? ………………………………………………………………5

o Plantear el proyecto

o Transmitir unas nociones básicas

o Construir dos bases de lanzamiento

o Crear un foro en internet

� ¿Qué hicieron los alumnos? ………………………………………………………7

o Bocetos iniciales

o Croquis detallado

o Presupuesto

o Hoja de procesos

o Construcción de lo planificado

o Ajustar el centro de masas

o Comprobar la funcionalidad de los alerones

o Pesar el cohete

o Lanzamiento y cálculo de la altura alcanzada

o Análisis de los resultados y posibles mejoras

� Galerías fotográficas ……………………………………………………………….17



INTRODUCCIÓN.-

El desarrollo tecnológico y el desarrollo aeroespacial están íntimamente ligados en la

actualidad hasta el punto que es imposible estudiar el primero sin hacer referencia al

segundo. Desde la asignatura de Tecnología que imparto he comprobado como el

tema de la actividad espacial siempre despierta interés y motiva a los alumnos.

Por ello, éste curso he planteado la construcción de un objeto tecnológico (un cohete)

muy relacionado con los avances tecnológicos del momento en que vivimos. Todos los

avances en observación del planeta, puesta en órbita de satélites, estudio de la

atmósfera, etc. afectan a nuestro modo de vida de una manera directa, desde la

telefonía móvil a las predicciones climatológicas.

Por ésta razón decidí involucrar a un grupo de alumnos en el diseño y construcción de

estos cohetes de bajo presupuesto. Juntos aprendimos mucho (me incluyo) acerca de

la física de un cohete y de los materiales que íbamos a emplear.

Lo que comenzó como un juego acabó convirtiéndose en una tarea, a veces

extenuante, de pruebas, construcción de prototipos y ensayos. Desde los primeros

cohetes que realizaron con cartón hasta los últimos fabricados con un material ligero y

resistente (resina de poliéster y fibra de vidrio).

PRIMEROS PASOS.-

Al comenzar éste proyecto pensé en un planteamiento sencillo dirigido alumnos de 3º

de la ESO donde el trabajo de los grupos estuviese muy acotado y dirigido. Pero, al

plantearlo en clase, noté que ciertos alumnos se ilusionaron mucho y enseguida

comenzaron a buscar información y preparar bocetos.

Cambié entonces el paso; decidí emplearme a fondo y explicar todo lo que sabía (y lo

que no también) acerca del diseño, construcción y leyes físicas que rigen los ‘Cohetes

de agua y aire a presión’ teniendo siempre en cuenta que se trata de alumnos de 3º de

la E.S.O.



OBJETIVOS Y CONTENIDOS.-

Con este proyecto he pretendido abordar de una manera amena una parte del

currículo de Tecnología que siempre es complicado de enseñar puesto que resulta

árido para los alumnos: El tema de materiales plásticos.

Entre los objetivos didácticos se encuentran:

- Analizar objetos y sistemas técnicos para comprender su funcionamiento.

- Expresar y comunicar ideas y soluciones técnicas.

- Actuar de forma dialogante flexible y responsable en el trabajo en equipo.

- Reutilización y reciclado de plásticos.

Los contenidos que se intentaron transmitir:

- Documentos técnicos necesarios para la elaboración de un proyecto.

- Propiedades y características de los plásticos. Aplicaciones.

- Técnicas para el trabajo con plásticos. Herramientas.

- Materiales plásticos compuestos: Resina de poliéster y fibra de vidrio.

- Física de un cohete: Centro de presión, Centro de masas, movimiento

uniformemente acelerado, acción y reacción, cantidad de movimiento, etc.



¿QUÉ HIZO EL PROFESOR?

La labor del profesor se puede resumir en cuatro grandes puntos:

- Plantear el proyecto. Realicé el planteamiento inicial del proyecto acotando un

poco la línea de trabajo. El fuselaje del cohete debía ser una botella de agua

mineral (mínimo 33 c.c. y máximo 2 litros) y para el morro y aletas del cohete

podían utilizar algunos de los materiales estudiados en la asignatura (papel, cartón,

plásticos o materiales compuestos).

- Transmitir unas nociones básicas: Antes de comenzar la construcción dedicamos

algunos días a explicar ciertos conceptos importantes que debían ser tenidos en

cuenta al diseñar los cohetes. Todos éstos conceptos fueron presentados de

manera poco formal (se trata de alumnos de 13 o 14 años) sin entrar en las

ecuaciones matemáticas que se escapan de sus

conocimientos y que no eran el objetivo del trabajo

o El morro o nariz debía ser suave, afilado y

esconder en su interior cierta masa para

desplazar el centro de masas.

o Los alerones deben ser suaves y delgados.

Ellos debían decidir cuántos, la forma y

posición.

o El centro de masas y el centro de presión

debían estar separados para que el cohete

sea estable y los alerones puedan realizar su

trabajo.

o La masa total del cohete (sin combustible)

también es importante. Un cohete

demasiado ligero seguiría una trayectoria errática pero uno demasiado

pesado no lograría alcanzar una altura importante.

o Tercera Ley de Newton: Acción-reacción. El combustible utilizado es agua y

aire a presión que, al salir por la tobera ejercen la fuerza necesaria para

propulsar el cohete hacia arriba.

o Conservación del impulso o cantidad de movimiento. En su ascensión, el

cohete va perdiendo el agua y, esa pérdida de masa se convierte en un

aumento de velocidad.

o Movimiento uniformemente acelerado. El estudio de éstas ecuaciones nos

permitirá estimar la altura alcanzada por nuestros prototipos.



- Construir dos plataformas de lanzamiento. Antes de que los alumnos comenzasen

con sus prototipos diseñé y construí dos plataformas para el lanzamiento de los

prototipos. La idea consistía en que fueran ajustables y que permitiesen sujetar la

botella hasta el momento del despegue permitiendo alcanzar presiones elevadas e

impidiendo lanzamientos accidentales. El aire a presión lo introduciremos

mediante una bomba manual aunque, los alumnos insistían en traer un compresor

para alcanzar mayores presiones y, por tanto, mayores alturas.

- Crear un foro. Para motivar a los alumnos y conseguir una participación e

implicación plenas decidí crear un foro. Allí hemos ido abriendo temas, colgando

fotos y vídeos. También hemos intercambiado impresiones sobre diseños y

posibilidades constructivas. Para acceder al foro se debe acceder a la dirección

www.iesherreraoria.com siendo el usuario (invitado) y contraseña (invitado).



¿QUÉ HICIERON LOS ALUMNOS?

� Bocetos iniciales.-

Como siempre que se inicia un proyecto técnico, comenzamos por realizar unos bocetos iniciales. En ellos ya se comienzan a tomar ciertas decisiones acerca de:

• Tamaño del cohete

• Tamaño, disposición y número de los alerones

• Forma del cono



� Croquis detallado.-

Al realizar éste plano ya se especifican las dimensiones definitivas que ha de tener el cohete, la forma y posición de los alerones y de concretan todos aquellos detalles necesarios previos a la construcción.



� Presupuesto.-

En éste punto se realiza una estimación de lo que puede costar la construcción del cohete. En realidad se trata sólo de un cálculo aproximado y un tanto irreal ya que casi todos los materiales los compra el instituto y nosotros sólo tenemos que adquirir las pinturas.



� Hoja de Procesos.-

Antes de comenzar la construcción propiamente dicha es necesario detallar en un documento las piezas que se van a fabricar, las herramientas y materiales que se van a emplear en cada fase y los responsables de ejecutarlas.



� Construcción de lo planificado.-

PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DE COHETES DE PASTA DE PAPEL. Nº Imagen Materiales y herramientas

necesarios: Descripción

01

• Botella de PET • Tijeras • Regla • Lápiz • Cartón o cartulina • Pegamento

termofusible

Trazar los alerones en la cartulina, recortarlos y Pegarlos a la botella

utilizando el pegamento termofusible.

Trazar el desarrollo de un cono, recortarlo y pegarlo.

02

• Cola blanca • Agua • Papel de cocina • Brocha

Cortar el papel de cocina en tiras y aplicarlo en capas sucesivas cubriendo la botella, el cono y los

alerones.

03

• Cordel • Pegamento

termofusible

Dejar secar la cola blanca. Equilibrar el cohete,

buscando su centro de masas.

Comprobar que los alerones cumplen su cometido girando el cohete y

estudiando la trayectoria que sigue.

04

• Pintura (resistente al agua)

Decorar el cohete con pintura. Por ejemplo en

spray que es uniforme y se aplica rápidamente.



PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DE COHETES DE RESINA DE POLIÉSTER

Y FIBRA DE VIDRIO.

Nº Imagen Materiales y herramientas necesarios:

Descripción

01

• Madera poco porosa (DM)

• Segueta • Pegamento • Cera desmoldeante • Embudo (cono) • Paño de algodón

Construcción de los moldes para los alerones con

madera. Para el morro del cohete

utilizaremos como molde un embudo.

Untamos los moldes con cera desmoldeante para evitar que la resina se

quede pegada.

02

• Tejido de fibra de vidrio • Guantes • Tijeras

Trazar sobre la fibra de vidrio la forma de los

alerones cuyos moldes previamente hemos construido. Recortar

cuidadosamente. Realizar las mismas operaciones

para el cono.

03 • Resina de poliéster • Catalizador • Brocha • Fibra de vidrio recortada

con la forma de los alerones

• Moldes cubiertos con cera desmoldeante

Sobre el molde aplicamos una primera capa de resina. A continuación disponemos

la fibra de vidrio y, finalmente otra capa de

resina.

04

• Papel de lija de grano muy fino

Dejar secar la resina y desmoldar las piezas

fabricadas, alerones y cono.

Repasar con lija fina los bordes y posibles irregularidades.

05

• Pegamento termofusible

Pegar las piezas con pegamento termofusible y

reforzar bien.



� Ajustar Centro de Masas.-

Tal y como explicó el profesor, el centro de gravedad debe estar separado del centro de presión. Para ello hemos añadido peso en el morro del cohete (bajo el cono).

Con ayuda de un cordel averiguamos el lugar exacto en que se encuentra el centro de gravedad de nuestro cohete.

� Comprobar la funcionalidad de los alerones.-

Antes de dar por bueno un prototipo es necesario ver si los alerones cumplen adecuadamente su misión. El cohete debe ser capar de seguir una trayectoria correctamente sin desviarse ni hacer movimientos extraños.

Para ello hacemos que el cohete describa una trayectoria circular y comprobamos si el morro sigue fielmente el recorrido esperado. Dicha trayectoria circular se consigue atando una cuerda al cohete en el centro de gravedad y girándolo, bien en un plano horizontal o vertical.



� Pesar el cohete.-

Mediante un dinamómetro calculamos el peso del cohete. En el ejemplo de la fotografía el dinamómetro marcó 0,96 Newtons lo que significa que:

0,96N / 9,81m/s2 = 0,098 Kgf ~ 100 gramos

En los distintos lanzamientos realizados hemos comprobado que los cohetes demasiado ligeros, si salen con demasiado impulso, no se elevan adecuadamente y salen dando volteretas.

� Lanzamiento y cálculo de la altura alcanzada.-

Es el momento más emocionante del trabajo, llega la hora de la verdad y de comprobar si todas las previsiones y ajustes se han realizado correctamente.

Nos disponemos a lanzar el prototipo con dos cronómetros para medir el tiempo de vuelo (hacemos la media) y a partir de ese dato estimar la altura alcanzada por el cohete.

Con la ayuda del profesor entendemos que se trata de un movimiento uniformemente acelerado y, realizando algunas simplificaciones y despreciando algunos detalles llegamos a una sencilla fórmula que nos da la altura alcanzada en función del tiempo de vuelo.

H = 1,23 x t 2



Le damos presión con la bomba Cuenta atrás 3, 2, 1 y …

… cerooooo ¡ Magnífico lanzamiento !



� Análisis de los resultados y posibles mejoras.-

Hemos realizado muchos lanzamientos con distintos prototipos, de una forma bastante científica, para intentar obtener unas conclusiones y mejorar los diseños. Para ello pensamos un formulario en el que registrar los datos de cada ensayo y compararlos posteriormente.

Prototipo. Señalar la posición del centro de gravedad.

Nº de alerones

Peso

Capacidad

o 0,33 L

o 0,50 L

o 1,00 L

o 1,50 L

o 2,00 L

Lanzamiento nº Fecha Hora Cantidad de agua (%) Presión Tiempo de vuelo Altura estimada Incidencias

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Por otra parte estamos pensando en posibles mejoras como el diseño de un sistema de paracaídas que permita un aterrizaje suave de nuestros prototipos.



Galería fotográfica 1. Cohetes.-

Cohete de resina de poliéster y fibra de vidrio (0,5 l).

Cohete de resina de poliéster y fibra de vidrio (1,5 l).

Cohete de cartulina y pasta de papel (1,5 l).

Cohete de cartulina y pasta de papel (0,5 l).

Cohete de cartulina (0,5 l). Cohete de cartulina (1,5 l).

Cohete con cono chato Cohete con cono mediano Cohete con cono afilado



Galería fotográfica 2. Piezas de materiales compuestos.-

Aletas de resina de poliéster y fibra de vidrio para botella de 1,5 l.

Aletas de resina de poliéster y fibra de vidrio para botella de 1,5 l.

Conos de resina de poliéster y fibra de vidrio.

Seguimos investigando……

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