proyecto cohete hidrÁulico elaborado por andrÉs … · un cohete es conocido como una aeronave...
TRANSCRIPT
PROYECTO COHETE HIDRÁULICO
ELABORADO POR
ANDRÉS ALEJANDRO VANEGAS AGUILAR
WILMAN ALEXIS HERNÁNDEZ IBAGUÉ
PRESENTADO A
DOCENTE JAVIER HUMBERTO BOBADILLA AHUMADA.
FÍSICA DE FUÍDOS Y TERMODINÁMICA
ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES
FACULTAD DE INGENIERÍA
BOGOTÁ D.C
2014
CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………. 1
1 OBJETIVOS……………………………………………………………………….. 2
1.1 Objetivo General
1.2 Objetivo Especifico
2 MARCO CONCEPTUAL………………………………………………………….. 3
2.1 Marco de Antecedentes
2.2 Marco Teórico
3 DESARROLLO DEL PROYECTO……………………………………………….. 7
3.1 Materiales
3.2 Ejecución pasó a paso con evidencias (Fotografías)
4 CONCLUSIÓN……………………………………………………………………….11
5 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS……………………………………………… 12
1
INTRODUCCIÓN
Este proyecto es realizado con el fin de poner en práctica algunas de las
conceptualizaciones vistas en la materia Física de Fluidos y Termodinámica, por
medio del mecanismo de un cohete propulsado por agua y aire. Dicho cohete se
construye con materiales reciclables y en conjunto con la implementación de otros
elementos, permita completar las cualidades necesarias para que sea posible su
ejecución y su análisis.
2
1. OBJETIVOS
1.1 Objetivo General
Profundizar determinados conceptos vistos en la asignatura de Física de Fluidos y
Termodinámica, analizando sus características a través de la construcción de un
cohete hidráulico y su ejecución en diferentes proporciones de agua y aire.
1.2 Objetivos Específicos
Realizar la investigación teórica sobre los conceptos vistos en la asignatura
asociados al cohete hidráulico
Construir con materiales reciclables el cohete con el fin de promover el
cuidado ambiental en la realización del proyecto
Aplicar las diversas conceptualizaciones de la física en la ejecución del cohete
Entender las bases conceptuales de la física aplicadas durante el proyecto y determinar conclusiones
3
2. MARCO DE CONCEPTUAL
2.1 Marco de Antecedentes
Un cohete es conocido como una aeronave que obtiene su empuje por la reacción
de la expulsión rápida de gases de combustión. Existen varios tipos de cohetes,
para efectos del presente proyecto se llevara a cabo la construcción de un Cohete
Hidráulico.
El cohete hidráulico ha tenido uso por el hombre durante mucho tiempo, fueron
varios los inventos y aportes a través de la historia que fueron perfeccionando la
física relacionada con él.
Los cohetes inicialmente fueron inventados por los antiguos alquimistas chinos, los
cuales fueron padres de la pólvora y diferentes armas para luego convertirse en
elementos como cañones y armas de fuego para los europeos.
El verdadero inicio de la cohetería se remonta al siglo XIX con Konstantín
Tsiolkovski, físico matemático que contribuyo teóricamente al desarrollo de la
astronáutica gracias a su gran imaginación de viajes en espacio y viajes inter
planetarios (Imagen 1).
Imagen 1
1Más adelante en la década de 1960, 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 (Imagen 2) de polietileno tereftalato (PET) para bebidas gaseosas, que
es el material que se utiliza generalmente para fabricar cohetes de agua, fueron
1 Ishii Nobuaki. (2008). Cohetes de Agua-Manual del Educador. Organismo de Exploración Aeroespacial del Japón. Recuperado de: https://2mp.conae.gov.ar/descargas/Materiales%20/Cohetes_de_Agua-Manual_del_Educador.pdf
4
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.
Imagen 2
A comienzos de los años 1980 se informó acerca de estudios sobre cohetes de agua
realizados en el Japón. Se atribuye la fundación de la cohetería de agua en ese país
a los Sres. Hayashi y Lida, maestros de secundaria en la Prefectura Aichi, que
inventaron diversos tipos de cohetes d de agua con botellas de PET, tales como
cohetes de dos etapas y cohetes agrupados denominados “cluster”, que combina
25 botellas de PET. En 1994, el Club de Jóvenes Astronautas del Japón se percató
de los aspectos pedagógicos de los cohetes de agua y los adoptó como parte de
sus actividades.
En la actualidad, la construcción y el lanzamiento de cohetes de agua se realizan
de varias maneras en distintas partes del mundo. 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. El Centro de Educación Espacial JAXA ha introducido los
cohetes de agua en Colombia, Chile y España.
A 2014, a nivel Colombia se realizan concursos de cohetes hidráulicos a través de
las instituciones educativas por medio de ferias de ciencia y física los cuales han
fomentado el conocimiento.
5
2.2 Marco Teórico
Con toda la funcionalidad de las botellas de polietileno tereftalato (PET) han tenido
en el transcurso de los años frente al aporte dentro de los cohetes, han permitido
visualizar más detenidamente la aplicación de la física como principal aspecto al
involucrar diferentes leyes que lo comprueban.
Para comprender mejor el desarrollo y ejecución del proyecto se debe estudiar
detenidamente dichos aspectos. Entre ellos se encuentran:
2.2.1 Ley de Acción y Reacción por Isaac Newton (3ra Ley):
2 Por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza igual pero de
sentido opuesto sobre el cuerpo que la produjo (Imagen 3).
El enunciado más simple de esta ley es "para cada acción existe una reacción igual
y contraria" siempre y cuando este en equilibrio. Existen dos clases de energía
dentro de esta ley:
a. Ley de acción y reacción fuerte de las fuerzas: En la Ley de acción y reacción
fuerte, las fuerzas, además de ser de la misma magnitud y opuestas son
colineales, es decir que la forma fuerte de la ley no se cumple siempre.
b. Ley de acción y reacción débil de las fuerzas: La acción y la reacción deben
ser de la misma magnitud y sentido opuesto (aunque no necesariamente
deben encontrarse sobre una misma línea)
Imagen 3
2 Jiménez Gloria, Gómez Diana, López Sebastián. (2013). Física Termodinámica Cohete. Escuela Colombiana de Carreras Industriales. Recuperado de: http://es.slideshare.net/GloriazJimenez/informe-final-cohete-21925189
6
2.2.2 Presión:
Es una magnitud física que mide la fuerza por unidad de superficie, y sirve para
caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie
(Imagen 4).
Imagen 4
2.2.3 Tiro vertical (Parabólico):
Es un movimiento sujeto a la aceleración de la gravedad, sólo que ahora la
aceleración se opone al movimiento inicial del objeto (en este caso el cohete). El
tiro vertical o parabólico comprende subida y bajada curva de los cuerpos. (Imagen
5).
Imagen 5
2.2.4 Aire:
Se denomina aire a la mezcla de gases que forma la atmósfera terrestre, sujetos
alrededor de la Tierra por la fuerza de gravedad (Imagen 6).
Imagen 6
7
2.2.5 Rozamiento:
Es la fuerza que se opone al desplazamiento de un cuerpo en el aire. Se produce
cuando el cuerpo está en movimiento y su dirección es contraria a la del cuerpo.
Imagen 7
3. DESARROLLO DEL PROYECTO
3.1 Materiales:
Para llevar a cabo la práctica real del proyecto, se deben conseguir los elementos
necesarios los cuales se ven representados en la siguiente tabla con su respectivo
valor monetario (Tabla 1)
Tabla 1
MATERIALES PRECIO
BOTELLAS PLASTICAS MEDIANAS (2 UND) 0 (COP)
TERLON (1UND) 600 (COP)
CINTA NEGRA (1UND) 1000 (COP)
AMARRES (5UND) 2000 (COP)
TUBO PVC (33 CM) 2000 (COP)
CODO PVC (1UND) 1500 (COP)
BOMBA DE AIRE (1UND) 10.000 (COP)
VALVULA DE AIRE (1UND) 2000 (COP)
UNION DE PVC (1UND) 1000 (COP)
TOTAL 20.100 (COP)
8
3.2 Ejecución:
La construcción del cohete hidráulico y la ejecución para el análisis práctico se llevó
paso a paso como se describe a continuación; cabe resaltar que las fotografías que
lo acompañan son las evidencias reales del proyecto.
1° Paso: Se buscó por medios ecológicos dos botellas de plástico de tamaño
mediano de las mismas dimensiones, luego se recortó la punta de una de ellas para
luego unirla en la parte trasera o “cola” de la otra botella.
Evidencia 1
2° Paso: Luego de adherir las dos botellas plásticas, se procede a recortar las
láminas de radiografías, para generar el diseño de cuatro alerones que irán en la
parte trasera de la botella, para luego ser pegadas de forma que las distancias sean
iguales.
Evidencia 2
3° Paso: Al terminar de ajustar los alerones en el cohete, procedemos hacer
decoraciones a nuestro gusto asegurando que estos también permitan una mejor
adherencia y solides de los materiales colocados hay.
Evidencia 3
9
4° Paso: Ahora se formará la base para que pueda ser expulsado el cohete, este se
hará con tubos de PVC un codo, cinco amarres plásticos, teflón, una válvula de aire
y una bomba.
Se coloca el codo en cualquier parte del tubo de 33cm de distancia, luego añadimos
los la cinta para que sujete los cinco amarres en la parte del tubo no mayor de 15
cm para el ingreso de la botella de plástico o cohete se ha lo más efectivo posible
para luego colocarle el teflón en el centro de los amarres.
Evidencia 4
5° Paso: En este proceso se coloca muy delicadamente la válvula de aire para
generar de ingreso de aire a la amara de la botella, para ello la válvula que será de
goma o caucho que permite una mejor eficiencia en cualquier parte del codo de
PVC.
Evidencia 5
6° Paso: Luego de ver terminado los dos procesos fundamentales de la base del
cohete, se procede a unir las dos partes el tubo de PVC junto al codo, que dará la
suficiente propulsión y aprovechamiento del mismo, por último se coloca la bomba.
Evidencia 6
10
7° Paso: Luego de haber terminado el cohete hidráulico, comienza la parte más
real ejecución y las pruebas, para verificar que todo fuese quedado bien.
Las siguientes pruebas se realizaron en una cancha de baloncesto perteneciente a
un parque a las cercanías de la universidad ECCI. Como se observa en la figura 1
(Realizada por el equipo de trabajo), se hicieron 6 pruebas, ya que este cohete fue
realizado con la función de tener precisión, la base fue fundamental para poder
alcanzar la mejor precisión posible y acertar mejor en los objetivos propuestos a
alcanzar.
Figura 1
Evidencia 7
11
4. CONCLUSION
Con la finalización de este proyecto, se puede concluir primeramente que se
profundizo los conceptos básicos vistos en la asignatura a través de la investigación
teórica. Para su ejecución, la puesta en marcha del mecanismo del cohete hidráulico
no logró una precisión exacta, sin embargo si se cumplió la aplicación de las
conceptualizaciones y leyes de física, así se cumple con éxito todos los objetivos
propuestos.
12
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Información obtenida y recuperada de:
1 Ishii Nobuaki. (2008). Cohetes de Agua-Manual del Educador. Organismo de
Exploración Aeroespacial del Japón. Recuperado de:
https://2mp.conae.gov.ar/descargas/Materiales%20/Cohetes_de_Agua-
Manual_del_Educador.pdf
2 Jiménez Gloria, Gómez Diana, López Sebastián. (2013). Física Termodinámica
Cohete. Escuela Colombiana de Carreras Industriales. Recuperado de:
http://es.slideshare.net/GloriazJimenez/informe-final-cohete-21925189