COHETERIA HIDRAULICA

FISICA DE FLUIDOS Y ONDASGRUPO 1N

Presentado por:IVAN RICARDO ÁVILA BAREÑO

WILLIAM GEOVANNY CHICA BRICEÑO

Presentado a:JAVIER BOBADILLA

PROFESOR

ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES - ECCI BOGOTA, D.C.

OBJETIVO GENERAL

Diseñar y construir un mecanismo con un sistema capaz de imprimir velocidad “Cohete Hidráulico”, empleando como elemento de propulsión el agua, utilizando diferentes materiales, con el fin de experimentar los principios físicos comprendidos en el proyecto.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Realizar los diseños específicos y los cálculos necesarios para su construcción

Verificar los principios involucrados en el tema relacionado con Cohetería Hidráulica

Realizar pruebas de funcionamiento para comprobar su desarrollo, estabilidad y precisión.

Ganar la prueba competitiva.

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.”*

En todo el país se realizan competiciones de cohetes de agua, auspiciadas por grupos, colegios y otros. Sus reglas varían mucho. La manera más eficaz de determinar el desempeño en el aire de los cohetes es una competición por distancia de vuelo (la distancia horizontal desde el punto de lanzamiento hasta el punto de aterrizaje). Además de distancia horizontal, existen competiciones de altitud (altura vertical) y duración del vuelo. Cuando no se dispone de un sitio suficientemente amplio para el lanzamiento, las competiciones se centran menos en la distancia y altura. Un ejemplo sería una competición de vuelo con un punto fijo durante la cual los participantes intentan aterrizar sus cohetes lo más cerca posible de un blanco. Cualquiera sea el tipo de competición, la justicia es de importancia crítica: la cantidad de agua utilizada y la presión de bombeo tienen que ser idénticas para cada uno de los participantes. Como no hay modo de asegurar que el viento afecta por igual a todos los participantes, las competiciones deberían realizarse en condiciones sin viento.

Además de las competiciones de desempeño en vuelo, se realizan concursos donde los participantes son juzgados en términos de decoración y diseño. En un género llamado competición de ideas, los participantes son premiados por la calidad del arte, el ángulo de las fotos y vídeos aéreos, o el desempeño en la recuperación con paracaídas. Estos concursos exigen a menudo niveles técnicos muy altos.

MARCO TEORICO

El principio básico que rige cualquier lanzamiento de cohetes, sea cual sea su medio de propulsión, es la 3ª ley de Newton, conocida también como Principio de acción-reacción:

Reacción

Cualquier acción aplicada sobre un cuerpo provoca una reacción sobre el mismo cuerpo, de igual magnitud y opuesta a la primera

Acción

Además de este principio básico, para entender completamente cómo se mueve el cohete hay que tener en cuenta otros elementos que intervienen en el proceso:

En primer lugar, la fuerza de la gravedad, que no aparece en el esquema anterior, empuja al cohete hacia abajo. Como es sabido, esta fuerza es mayor cuanta más masa tiene el cohete.

En segundo lugar, el rozamiento del aire hace que el cohete no alcance la velocidad teórica que debería alcanzar por las fuerzas que se producen en él. Cuanto más rápido se mueva el cohete, mayor será el rozamiento del aire. Además, el rozamiento del aire depende de la forma del cohete y de varios factores

Todos estos factores son los que determinan cómo se mueve el cohete en cada momento.

Hay que tener presente que se trata de un movimiento complicado, porque:

La masa del cohete cambia a medida que sube, porque pierde agua.

El rozamiento del aire también cambia, porque la velocidad varía.

La energía necesaria para proporcionar la acción que impulsará al cohete se almacena en el propelente. En los cohetes de agua, el propelente es el aire, que almacena la energía en forma de presión. Esta energía es transmitida al combustible, que es el agua.

En este caso, no puede hablarse propiamente de combustible, porque no hay ninguna reacción química de combustión. Sin embargo, le damos ese nombre por analogía. El agua recibe la presión del aire y es empujada hacia el pico de la

botella. La diferencia en las secciones del motor y el pico de a botella produce una enorme aceleración en la salida del agua, y por ello el empuje es muy grande.

El cohete, cuando está a punto de ser lanzado, tiene una energía almacenada en su interior en forma de aire a presión. La presión elevada del aire empuja a todas las superficies con las que está en contacto, incluida la del agua, con una fuerza que es igual a la presión por la superficie.

Cuando el pico de la botella se abre y el agua empieza a salir, la fuerza responsable de que el agua salga es sobre todo la debida a la presión interna del aire: El aire empuja al agua hacia fuera, y como la superficie superior del agua es mucho mayor que la inferior, la velocidad que adquiere el agua al salir es muy grande.

Por tanto, lo que sucede en el interior del cohete es una conversión de energía: El aire contiene una energía (presión) que se traslada al agua y se convierte en energía cinética (movimiento). La forma de la botella permite que la conversión de energía sea muy eficiente (es decir, que la presión provoque una velocidad muy grande en el agua que sale del cohete).

Según la 3ª ley de Newton, la reacción se produce sobre el mismo cuerpo que realiza la acción. En el caso del cohete, es él mismo quien realiza la acción (la conversión de energía), y por tanto la reacción se aplica también sobre él. Como la reacción es de igual magnitud y sentido contrario, cuanto mayor sea el valor de la velocidad de salida del agua mayor será la velocidad de reacción del cohete.

PROCESOS DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN

MATERIALES

Bomba de inflar

2 botellas de PET de 600 ml

Láminas acrílicas para las Aletas

Plastilina

Bolsas plásticas

Cinta de pegante

Cinta de teflón

Superbonder

Tijeras

Marcadores

Papel contact

Agua

Valvula de aire

ELABORACION DE COHETE

Fabricación del cuerpo del cohete

Fabricación de aletas

Fabricación de faldón e instalación de aletas

Instalación de faldón, aletas y recubrimiento cuerpo del cohete

Producto final Cohete hidráulico

Base de lanzamiento

EXPERIENCIA

Fase Pruebas

Durante el desarrollo de las pruebas se presentaron inconvenientes con las aletas: Las aletas se despegaban, decidimos cambiar la aplicación de superbonder

por silicona caliente con excelentes resultados En ocasiones al realizar los lanzamientos de prueba las aletas se rompieron,

entonces se tomó la decisión de forrarlas con cinta aislante y los resultados fueron satisfactorios.En los ensayos evidenciamos los siguientes requerimientos necesarios para competir en la prueba: Volumen de agua 200 mlAngulo de tiro del cohete: 65 o -70o

Bombazos 4Ver video http://youtu.be/z6dsZOYPa1g Prueba de Lanzamiento cohete hidráulico

Fase Competitiva

Luego de los resultados obtenidos en la primera fase experimental, y habiendo corregido los problemas en la aletasSe inicio la competencia se desarrolló en dos fases: 1. Tres lanzamientos donde se obtuviera 120 puntos donde clasificamos 3 grupos2. Un lanzamiento con el puntaje más alto y precisión en el punto establecido donde ganamos la competencia.Ver video http://youtu.be/JqR3EB4_s0A Lanzamiento cohete hidráulico

CONCLUSIONES

Durante la actividad se observar el aumento en la fuerza de presión al interior del cohete y el proceso de descompresión del aire, ver en acción la tercera ley de Newton o ley de acción y reacción que nos dice que toda fuerza que actúa sobre un cuerpo produce una reacción de igual magnitud en sentido contrario, en este caso la fuerza con la que es expulsada el agua hacia abajo, es la fuerza con la que el cohete es disparado hacia arriba. 

La altura que alcance el cohete, depende de tres factores:

El peso del coheteEl volumen de aguaEl Angulo de lanzamientoEl número de bombazos

Este tipo de prácticas nos ayuda a entender y aplicar los conceptos visto en clase de una forma dinámica y a su vez acercándonos a la tecnología.

BIBLIOGRAFIA

*http://4classes.blogspot.com/2010/03/cohete-de-agua-prof-manuel-brito.html

Cohetes de Agua, Manual del Educador, Prof. Nobuaki Ishii. Instituto de Ciencias Espaciales y Astronáutica. Organismo de Exploración Aeroespacial del Japón

Cohetes propulsados por agua. Autores: ARTUSA, JUAN IGNACIO. CAMPITI, NICOLÁS. COMPETIELLO, MARCOS. MORI RODRIGUEZ, JUAN MARTÍN. ROJAS, SILVIO. SOLARES, FEDERICO