COHETERIA HIDRAULICA

UNIVERSIDAD ECCI

PRESENTADO A:

JAVIER BOBADILLA

PRESENTADO POR:

EDGAR DANILO LÓPEZ

FISICA DE FLUIDOS

BOGOTA D.C, 26 DE MAYO DE 2015

OBJETIVO GENERAL

Diseñar un cohete con recipientes reciclables con el fin de ayudar y no perjudicar al medio ambiente, con la intención de describir los diferentes factores que hacen que este proyecto pueda funcionar; aplicando todo lo visto para determinar que variables se encuentran para cuando se dé inicio al proyecto.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

o Aplicar el principio de pascal.o Analizar una caída perfecta mediante las leyes de movimiento.o Implementar la Aerodinámica en el proyectoo Aplicar el principio de acción y reacción de una de las leyes de Newton

ANTECEDENTES

El siguiente antecedente es tomado de compañeros(as) estudiantes de la UECCILAURA JULIETH TOVAR CASTILLO, JENNIFER PAOLA TORRES ROJAS de programa tecnología en procesos industriales.

Ahora veremos un poco del proceso que ellos(as) realizaron luego de su armado, las pruebas. Y los inconvenientes que tuvieron que superar.

Durante el desarrollo experimental se presentaron varios inconvenientes uno de ellos relacionado con la válvula ya que la utilizada no permitida la salida a presión del agua.

En el primer ensayo de lanzamiento, pudimos evidenciar que la válvula utilizada no era la más idónea ya que era una limitante en la cantidad de agua expulsada afectado la fuerza inicial de expulsión, adicional a esto se presentó una inestabilidad del cohete generando movimientos erráticos de forma circular podemos condicionar dicho comportamiento a la falta de alerones o la organización espacial de los mismos (es decir reorganización geométrica en el cuerpo del cohete)Luego de los resultados obtenidos en la primera fase experimental, y habiendo evidenciado los errores presentados se tomaron acciones correctivas tales como el cambio de la válvula y reorganización y adición de los alerones con el fin de alcanzar el objetivo propuesto para la competenciaLa vivencia práctica, se desarrolló en un área demarcada por diferentes distancias, para determinar la capacidad de alcance del cohete.

Durante la competencia se presentaron algunos errores, por lo que se determinó que la precisión de cohete estaba fallando, esto debido a que la base de lanzamiento era demasiado lisa y generaba inestabilidad para el cohete, por lo cual tocó sujetarlo para que pudiese tener una mejor dirección, adicional a eso la proporción de agua y aire al interior del cohete no fue la indicada para lograr el alcance y la precisión establecida.

MARCO TEORICO

Un cohete de agua o un cohete hidráulico es un tipo de cohete de modelismo que usa agua como propulsor de reacción. La cámara de presión, motor del cohete, es generalmente una botella de plástico. El agua es lanzada fuera por un gas a presión, normalmente aire comprimido, lo que impulsa el cohete según la 3ª ley de Newton.

TEORIA: El principio que explica la propulsión de un cohete de agua es la ley de la conservación de la cantidad de movimiento, que es otra forma de llamar a la 3ª ley de Newton o principio de acción-reacción. Este principio establece que en ausencia de fuerzas externas la cantidad de movimiento de un sistema, p, que es el producto de su masa por su velocidad, permanece constante o lo que es lo mismo su derivada es igual a cero:

De esta ley, con los oportunos pasos matemáticos y sustituciones, se deriva la ecuación del cohete de Tsiolskovski:

Donde   es la velocidad instantánea,   la velocidad de salida del fluido por la boca,   la masa total inicial y  la masa en cada momento.

La propulsión del cohete de agua puede esquematizarse como un sistema en el cual se va a producir la expulsión hacia atrás de una parte de su masa (el agua) lo que provocará un empuje que propulsará al resto del sistema hacia delante (acción-reacción), compensándose la cantidad de movimiento total del sistema. La energía mecánica necesaria para la expulsión de esta fracción de masa se almacena en el sistema como energía potencial en forma de gas a presión. Con la expulsión esta energía se irá convirtiendo en energía cinética, las del movimiento del agua y el cohete.

Ahora revisaremos algunos de los fenómenos que se presentan durante la realización de este proyecto u experimento.

Principio de Arquímedes: todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del fluido desalojado.

Principio de pascal: La presión ejercida sobre la superficie de un líquido contenido en un recipiente cerrado se transmite a todos los puntos del mismo con la misma intensidad.

LEYES DE NEWTON:

1. Primera ley de newton o (ley de la inercia): todo cuerpo permanece en estado de reposo o continúa con un movimiento rectilíneo uniforme. Siempre en cuando una fuerza externa no actué sobre él.

2. Segunda ley o (ley de fuerza): Siempre que una fuerza no equilibrada actue sobre un cuerpo, se produce una aceleración en la dirección de la fuerza que es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa del cuerpo.

3. Tercera ley o ley de (acción y reacción): cuando una fuerza determinada, este reacciona con una fuerza de igual magnitud, pero en sentido opuesto.

PRESION: Es igual a Fuerza normal por unidad de área, y está dada por:

Es La relación entre una fuerza que se aplica de manera perpendicular y distribuida respecto a un área determinada.P= Es la fuerza de presiónF= Es la fuerza normal es decir perpendicular a la superficie.A= Es el área donde se aplica la fuerza

PRESION DE UN FLUIDO: La presión de un fluido, no es la misma que la que se ejerce sobre un sólido. Se debe destacar que el fluido, dependiendo de donde se encuentre contenido, puede o no cambiar su forma, Esta característica de adaptarse a las formas es propia de los fluidos.Para poder obtener la presión de un fluido es necesario que éste se encuentre contenido en un recipiente, ya que, la presión ejercida en el fluido afectara a todo el contenido y no a una parte de él. El fluido de un recipiente está sometido a mayor presión que el de la superficie esto se debe al peso de líquido que se encuentra arriba.

APLICACIÓN DELCOHETE HIDRAULICO

A lo largo de los años se han concebido y propuesto variadas formas de cohetes de agua para distintos propósitos. El tipo de cohete más simple y básico utiliza una o dos botellas de PET para hacer el cuerpo, que luego se carga con agua y aire. Para un

resultado de vuelo significativamente mejorado, predominan dos diseños más importantes: cohetes agrupados consistentes en un atado de muchas botellas de PET.

Que expelen su agua simultáneamente; y cohetes multi-etapa que comprenden dos, tres o hasta más cohetes colocados uno encima del otro. En los mecanismos se ha incorporado mucho ingenio y conocimientos prácticos, lo que permite que múltiples cohetes funcionen uno tras otro. Algunos cohetes han sido adaptados para que transporten diversas cargas útiles, tales como uno que lleva una cámara para fotografía aérea y otro cargado con un paracaídas para asegurar su recuperación después del vuelo. Se han concebido y perfeccionado varios tipos de interruptor, por ejemplo los diseñados para permitir que la cámara tome una ráfaga de fotos cuando el cohete llega a su apogeo y otros que despliegan el paracaídas sin fallar.

REALIZACION DEL COHETE HIDRAULICO

Primero nos reunimos los integrantes del grupo discutimos las ideas que cada uno tenía y cuáles serían las más viables y que mejor se acomodaban a nuestras necesidades. Llegamos a la conclusión de realizar la base o plataforma de madera con un tornillo que nos facilitara la ubicación de los grados de inclinación, a los cuales despegaría nuestro cohete.

Para el cohete optamos luego de descartar varios prototipos que no cumplían nuestras expectativas, por realizar un cohete de punta redonda rellena de plastilina para que fuera más pesado y equilibrado a la hora de realizar su trayectoria parabólica.

FABRICACION:

Para la fabricación de la plataforma necesitamos los siguientes materiales:

Dos tablas de 20 cm de alto por 20 cm de ancho no importa el grosor (no muy débiles y de un material que resista la humedad)

Tabla de 24 cm de largo por 15.5 cm de ancho 4 palos de valso de 30 cm Dos tablas de 2 cm de ancho por 2cm de alto por 30cm de largo para dar soporte

a la parte inferior del cohete Tornillo de 3/8” por 4 pulgadas con tureca, para el eje que controla la inclinación Eje metálico de 3/8” por 2-1/2 pulgadas 4 tornillos para madera de 4X1/2” Taladro y broca de corona o broca fresa

Luego de tener los materiales cortados y listos para ensamblar procedemos a aplicarles una mano de pintura y realizamos el ensamble de las piezas.

Para la fabricación del cohete necesitamos:

2 Botellas plásticas de 600ml Plástico para realizar los alerones Plastilina válvula para neumático de auto sellomatic

Luego de recortar una de las botellas y cortar los alerones realizamos un ensamble de prueba para observar cómo va nuestro cohete:

Ahora rellenamos la punta de plastilina y pintamos nuestro cohete para proceder a nuestro pensable final

Y a realizar pruebas.

Se realizó la competencia de manera satisfactoria en los alrededores de la universidad y así que do nuestro proyecto finalmente.

CONCLUSIONES

Que el tipo de válvula que se utilizó nos demostró que con esta se adquirió mayor presión y estanqueidad del agua y el aire en la botella y con esto mejor desempeño del cohete.

Al graduar el lanzador en diferentes ángulos podemos deducir que entre menor sea el grado mayor será el espacio recorrido y viceversa.

Encontramos que la punta del cohete juega un papel muy importante, ya que es la guía y el contrapeso para que el cohete tenga una carga aerodinámica adecuada.

Pudimos observar que el agua juega un papel muy importante, si bien el cohete vuela solo con aire no tiene el mismo desempeño que cuando se le agrega cierta cantidad de agua ya que esta porcina mas masa que el aire solo durante el proceso de aceleración por la fuerza de reacción.

Pudimos comprobar la tercera ley de newton de acción y reacción luego de observar que la fuerza con la que sale el cohete es igual a la fuerza generada en sentido contrario por la salida del agua.