Informe 2: Proyecto Turbomec
Informe II: “Proyecto Turbomec”
Asignatura: IWG-101 Introducción a la Ingeniería
Profesor: Jaime Núñez S.
Grupo: S-TM_6
Integrantes: Hrs.
Alex Carrasco 12
Joaquín Godoy 12
David Gutiérrez 12
Sebastián Hidalgo 12
Santiago, 17 de junio de 2012
Informe 2: Proyecto Turbomec
2 Instrucción a la Ingeniería Grupo: S-TM_6
Índice
1. INTRODUCCIÓN. ................................................................................................................ 3
2. IDENTIFICAR, CLASIFICAR Y JERARQUIZAR: FUNCIONES Y
RESTRICCIONES. ................................................................................................................... 4
2.1) Sistema de Propulsión: ................................................................................................................... 4
2.2) Sistema de Transmisión: ................................................................................................................ 5
2.3) Sistema Estructural: ........................................................................................................................ 5
2.4) Sistema de vuelo:............................................................................................................................. 6
2.5) Sistema de dirección: ...................................................................................................................... 6
3. ANÁLISIS FUNCIONAL Y DIAGRAMA FAST. ........................................................... 7
3.1 Análisis funcional.............................................................................................................................. 7
3.1.1 Turbomec. ....................................................................................................................................... 7
3.1.2 Sistema de energía. ................................................................................................................... 8
3.1.3 Estructura. ................................................................................................................................... 8
3.1.4 Motor. ........................................................................................................................................... 9
3.1.5 Sistema de Transmisión. .......................................................................................................... 9
3.1.6 Sistema de Direccion. ..................................................................... ¡Error! Marcador no definido.
3.2 Diagrama FAST. ............................................................................................................................... 10
4. ANTEPROYECTO FORMAL Y DIMENSIONAL. ..................................................... 11
4.1 Visión frontal. ................................................................................................................................... 11
4.2 Visión lateral. ................................................................................................................................... 11
4.3 Visión superior, ............................................................................................................................... 12
5. ANÁLISIS PRELIMINAR DE SOLICITACIONES FUNCIONALES. ................. 13
6. REQUERIMIENTOS ESTIMADOS DE INSUMOS ESPECIALES. ...................... 15
7. CARTA GANTT (VERSIÓN FINAL) ............................................................................ 16
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1. Introducción. Este informe tiene como fin, el analizar de manera detallada el artefacto y el
modelo de este, que se comenzará a construir por medio de la elaboración de
diagramas y esquemas como son la carta Gantt, el diagrama FAST, entre otros,
que facilitarán el proceso. De esta forma, se comenzará a formar una idea de lo
que se va a desarrollar, conociendo de manera anticipada las restricciones que
presenta cada componente de este proyecto y, de esta forma, poder ver los
requerimientos que se necesitarán para resolver los problemas que se vayan
presentando a medida que avanza el proyecto.
Además de la versión final de la carta Gantt y el diagrama FAST, se
procederá a jerarquizar las funciones de cada subsistema del artefacto,
identificando sus restricciones, un análisis funcional que es complementado por
el diagrama FAST, el anteproyecto formal y dimensionado del proyecto. Un
análisis preliminar técnico de lo que se espera que el artefacto cumpla y, por
último, una estimación de los insumos y materiales requeridos para ejecutar el
proyecto.
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2. Identificar, clasificar y jerarquizar: funciones y
restricciones.
2.1) Sistema de Transformación: El movimiento se generará gracias a unos elásticos trenzados. Estos se
encontrarán enganchados por uno de los extremos a un eje y por el otro
extremos, se encontrará fijado a la parte posterior del artefacto. En uno de
los extremos del eje se encontrará fijado firmemente un gancho (El que
mencionamos anteriormente) y en el otro extremo estará fijada la hélice.
Cuando las hélices comiencen a girarse manualmente, los elásticos
comenzarán a torcerse, acumulando energía potencial. Cuando esta
acumulación llegue a su clímax, se preparará al artefacto para que
comience con su desplazamiento. Una vez listo, se soltarán las hélices y,
por consiguiente los elásticos comenzarán a desenrollarse, liberando la
energía acumulada.
Elementos del sistema: -Motor de elásticos.
Restricciones: Los elásticos que se utilizarán para el motor tienen
que ser adecuados para los resultados que se esperan. Estos tienen
que tener un mínimo de grosor, resistencia al uso, ser duros y
livianos; La energía potencial contenida por los elásticos trenzados
tiene que ser liberada de una forma adecuada para que el artefacto
resista dicha energía; Las hélices tienen que tener una forma
geométrica adecuada para poder producir el empuje necesario al
moverse.
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2.2) Sistema de Transmisión:
Este sistema consistirá en el mismo eje que contiene a las hélices y
los elásticos enganchados en uno de sus extremos. El sistema de
transmisión funciona como conexión entre el sistema de transformación y
las hélices.
Elementos del sistema: -Eje de Transmisión.
-Gancho
Restricciones: El eje que se utilizará para la transmisión tiene que
ser lo suficientemente resistente para aguantar la energía contenida
por los elásticos que se liberará. El gancho tiene que ser de tal
manera, para que los elásticos no se salgan mientras giran y ser
resistente para no desdoblarse.
2.3) Sistema de Sustentación: Este sistema tiene por finalidad permitir la fase de vuelo, gracias a
las alas y la hélice. Las alas tienen como función generar las diferencias de
presión de aire, entre la parte inferior y la parte superior del artefacto. La
hélice tendrá como fin, crear el flujo de viento desde la parte anterior hacia
la parte posterior del artefacto.
Elementos del sistema: -Alas.
-Hélice.
Restricciones: Las alas tienen que ser de un material, de modo que
resista el vuelo, despegue y aterrizaje. Además tienen que estar bien
equilibradas para no alterar la dirección del vuelo; La hélice tiene que
ser de un material que resista el giro.
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2.4) Sistema de Aterrizaje:
Este sistema tiene por finalidad hacer posible el aterrizaje y el
despegue. Para esto se cuenta con un tren de aterrizaje, el cual tiene por
función principal amortiguar el impacto que se genera al aterrizar. Además,
al momento previo al despegue (mientras el artefacto toma vuelo), el tren
de aterrizaje tiene por función aminorar el roce con el suelo, optimizando la
fase inicial de vuelo.
Elementos del sistema: -Tren de aterrizaje.
Restricciones: Las alas del artefacto tienen que estar
correctamente equilibradas para un correcto vuelo, además
tienen que estar hechas de un material adecuado para que
resista las fuerzas de roce contra el viento; El tren de aterrizaje
tiene que estar construido de materiales adecuados para
absorber el impacto del aterrizaje.
2.5) Sistema de dirección:
Este sistema consistirá en un pequeño alerón ubicado en la parte
posterior del artefacto, específicamente en la cola. Tiene por función darle
la dirección de movimiento para que el artefacto no se desvíe durante su
desplazamiento hacia su destino.
Elementos del sistema: Alerones.
Restricciones: Los alerones tienen que estar hechos de un
material liviano para que no desequilibren al artefacto durante
su desplazamiento. Además estos tienen que estar susceptibles
a moverse según las condiciones del viento durante su vuelo,
para adecuarse a estas condiciones.
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Artefacto volador
Plataforma Arco
Aire
3. Análisis funcional y diagrama FAST.
3.1 Análisis funcional.
3. Análisis funcional y diagrama FAST.
3.1 Análisis funcional.
3.1.1 Artefacto
Fs2
Fs1 Fs3
Fs1: Despegar del origen.
Fs2: Desplazarse a través de la cancha.
Fs3: Aterrizar en destino.
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3.1.2 Sistema de transformación (motor).
Ft
Ft: Transformar la energía potencial en mecánica
3.1.3 Sistema de Transmisión.
Ft1 Fe1
Ft1: Generar un giro en la hélice mediante el torque especificado
anteriormente.
Fe1: Crear empuje de aire que propulsará el artefacto.
Eje de
transmisión
Hélice
Aire
Motor Eje de Transmisión
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Sistema de
aterrizaje
Ruedas Amortiguador
3.1.4 Sistema de sustentación
Fe2 Fe3
Fe2: Proporcionar el flujo de aire.
Fe3: Mediante diferencia de presión, darle elevación al artefacto.
3.1.5 Sistema de aterrizaje
Fa1 Fr1
Fa1: Reducir el impacto del aterrizaje.
Fr1: Disminuir el roce con el suelo, tanto de la plataforma como de la cancha para un
desplazamiento optimo.
Sistema de
sustentación
Alas Hélice
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3.2 Diagrama FAST.
Sentido del análisis.
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4. Anteproyecto formal y dimensional.
4.1 Visión frontal.
Vista frontal. Dimensiones: centímetros.
4.2 Visión lateral.
Vista lateral. Dimensiones: centímetros.
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4.3 Visión superior, Vista superior. Dimensiones: centímetros.
La
Escudería Ajax ha elegido el modelo clásico de un aeroplano debido a su confiabilidad funcional, además de su simplicidad y aerodinámica, lo cual se traduce en un buen funcionamiento del artefacto al momento de ponerlo en funcionamiento. Por otro lado, este diseño fue elegido para que fuera acorde con el contexto del desafío propuesto: el de construir un artefacto capaz de volar por sí solo. Otra razón por la cual fue elegido este diseño es el hecho de demostrar que es en realidad posible elaborar algo ya existente, como es la forma del aeroplano, a partir de materiales no convencionales, como por ejemplo los materiales reciclados como plásticos, alambres, corchos, entre otros, lo cual abre las puertas a una nueva ciencia de materiales en el futuro.
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5. Análisis preliminar de solicitaciones
funcionales.
1) Se requiere que el móvil, con una masa aproximada de 175 g. recorra una
pista de 2 metros, apropiadamente, en un tiempo estimado de 0,4 segundos. Por
lo tanto, la aceleración requerida para el despegue necesario;
𝑑 = 𝑋𝑜 + 𝑉𝑜𝑡 +𝑎𝑡2
2
Como Xo=0 y Vo=0,
2 =𝑎0,42
2
25𝑚
𝑠2 = 𝑎
De esta manera la fuerza necesaria para el despegue en la pista sería:
𝐹 = 𝑚𝑎
𝐹 = 0,175 ∗ 25
𝐹 = 4,375 𝑁
Esta es la fuerza requerida para el despegue.
Por otro lado, la velocidad requerida para realizar el despegue está dada por,
𝑉 = 𝑉𝑜 + 𝑎𝑡
donde Vo= 0 m/s.Luego,
𝑉 = 25 ∗ 0,4
𝑉 = 10𝑚
𝑠
Por lo tanto, esta es la velocidad requerida para el despegue del artefacto.
Finalmente, el ángulo necesario para el despegue es alrededor de 3° de
inclinación. Luego, y
V=10ms^-1
𝜃=3° x
La componente 𝑉𝑥 = 10𝑐𝑜𝑠3° ≈ 9.99𝑚
𝑠
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Con esta medida, es posible calcular el tiempo necesario que le tomaría al
artefacto recorrer la distancia entre la plataforma de despegue y el objetivo a
alcanzar (arco de fútbol). Entonces, este tiempo,
𝑅 = 𝑋𝑜 + 𝑉𝑡
como R=43 m. y Xo=0,
43 = 9.99𝑡
4.3𝑠 ≈ 𝑡
4,3 segundos demoraría aproximadamente en recorrer los 43 metros de distancia
que separan la plataforma de despegue del objetivo.
2) Solicitaciones funcionales de los elementos de sistema.
Las Alas: Se requiere que generen las diferencias de presión de aire para
que el artefacto se eleve.
La hélice: Se requiere que genere el flujo de aire hacia atrás, para que el
artefacto comience a moverse.
Tren de aterrizaje: Amortiguar el aterrizaje y generar tracción para el
despegue.
Motor: Generar la energía suficiente para que el artefacto logre moverse.
Alerones: Corregir el flujo de aire, para que el avión no se desvíe.
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6. Requerimientos estimados de insumos
especiales. Para las hélices: Plástico de tarjetas de crédito moldeadas.
Para el eje de transmisión: Palos de maqueta redondos.
Para las Alas: Madera de balsa.
Para los alerones: Madera de balsa.
Para el tren de aterrizaje: Anillos centrales de CD para las ruedas; Palos
de madera enrollados con alambre en forma de resorte (para amortiguar).
Para el fuselaje: Palos de maqueta en paralelo.
Para el motor: Elásticos de onda.
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16 Instrucción a la Ingeniería Grupo: S-TM_6
7. Carta Gantt (versión final)