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PROYECTO DE COHETE HIDRAULICO FLUIDOS Y ONDAS
PRESENTADO POR: FUQUENE ARIAS JESUS ALBERTO
MALDONADO OCHOA INGRID TATIANA URIAN PACASUCA ZULMA ESPERANZA
PRESENTADO A:
JAVIER H. BOBADILLA A.
ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES
FACULTAD DE INGENIERIA BOGOTÁ, COLOMBIA
MARZO DE 2014
INTRODUCCIÓN
En este documento se realizara la compilación de la información
correspondiente el proyecto de cohetería hidráulica, propuesta para a cátedra de fluidos y ondas durante el primer semestre de 2014.
Mediante la práctica de cohetería hidráulica, se pretende dar aplicación a
los conocimientos obtenidos en el aula de clase de manera que se
desarrollen destrezas y se busque aplicación a los conocimientos adquiridos en actividades cotidianas, además de buscar la aplicación
requerida en el desarrollo de cada estudiante como profesional.
La información que se consolide en este documento es soporte al desarrollo del proyecto de cohetería hidráulica y se hace necesaria como
soporte al correcto desarrollo de las actividades propuestas para el mismo.
OBJETIVO GENERAL
Diseñar y construir con materiales reciclables un cohete hidráulico que funcione.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Aplicar los conceptos y bases que haya brindado el docente en el salón
de clase y que sea requerido para el desarrollo del proyecto, como son:
Principio de pascal
Leyes de Newton Principios de movimiento uniforme acelerado
Construir el elemento funcional con materiales netamente reciclables.
ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
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.
Actualmente la cohetería hidráulica es una herramienta de fácil
aplicación y aceptación desde el punto de vista académico esto ha llevado a que se conformen grupos con interés centrados sobre el tema
como es el caso de la Asociación Astronáutica Colombiana ASTCOL, esta es una entidad sin ánimo de lucro de carácter académico, científico
y social, integrada por colombianos que promueven fomentan y fortalecen espacios para la formación, la investigación, el uso, el
desarrollo y la divulgación de las ciencias aeroespaciales en sus
diferentes áreas. (Bolivar, 2011)
MARCO TEORICO
El cohete hidráulico es aquel que usa agua como propelente de reacción,
donde su “motor” es una botella de plástico y su empuje es el aire comprimido. Es un artefacto volador que se mueve siguiendo las leyes
de la física; estas leyes son conocidas como:
3° Ley de Newton implica que la acción y reacción, además de ser de la misma magnitud y opuestas, son colineales; es decir, que se
encuentran en la misma recta. Por ello, se establece que en ausencia de fuerzas (externas) la cantidad de movimiento es el
producto de masa por su velocidad es constante o su derivada es igual a cero
De esta ley se deriva la ecuación 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 se puede interpretar como la expulsión hacia
atrás de una parte de masa el cual provocara el empuje que propulsara el resto del cohete hacia adelante (ACCION – REACCION) indemnizando
la cantidad de movimiento total de cohet
El cohete es una máquina autopropulsada que se mueve siguiente las leyes básicas de la física.
Existen cuatro fuerzas básicas que predominan en un cohete:
1. El peso: fuerza generada por la atracción gravitacional de la tierra.
2. El empuje: es la fuerza que impulsa hacia arriba y genera
movimiento en el cohete.
3. La sustentación aerodinámica: se produce por la acción de las superficies de sustentación cuando el cohete se desplaza.
4. La resistencia aerodinámica: es generada por el rozamiento del
cuerpo del cohete con el aire, y se opone al movimiento vertical. (ARTUSA, 2014)
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.
TERMINOLOGÍA DE COHETE DE AGUA Y LANZADOR
(japón, 2014)
MATERIALES PARA FABRICAR EL COHETE DE AGUA Y LANZADOR
Materiales Cohete
2 Botellas de PET Lamina delgada de plástico flexible
1 bolsa plástica Cinta adhesiva
Válvula o Boquilla
Tijeras Carpeta plástica transparente
Materiales Lanzador
2 Planchas de madera
Varillas cuadradas de madera 2 bisagras
2 ganchos y anillos de tornillo Clavos, cadena.
PASOS PARA CONSTRUCCIÓN
1. Aletas: Con un marcador se realizan la líneas de guía en la lámina
de plástico, se corta los 4 patrones de las aletas, se divide la base
de cada aleta realizando los dobles de izquierda y derecha.
2. Faldón: Con la carpeta plástica se envuelve alrededor del cohete, se marca la posición donde se unen los 2 bordes (Anadir unos
centímetros para que sobresalga del borde principal, este cilindro sea más largo que el pico de la botella), luego dividir este faldón
en 4 partes iguales y córtalos a lo largo.
3. Insertar las aletas al faldón y luego pegarlas con cinta adhesiva.
4. Envolver el faldón al cuerpo del cohete y pegarlo fijamente con cinta adhesiva de vinilo.
5. Cono de la nariz: En la segunda botella con un marcador se
realizan las líneas en la botella las cuales se cortan para que nos quede el cono de la nariz.
6. Lastre: Con la plastilina se pesan alrededor de 50gr y se pega a la nariz del cohete.
7. Colocar el cono de la nariz, ajustarlo sobre el cuerpo del cohete, asegurarlo con cinta adhesiva, luego se introduce la bolsa de
basura dentro del cono y se sella la abertura del cono con cinta adhesiva
CRONOGRAMA
PRUEBAS
Para el desarrollo de las pruebas se tuvieron en cuenta los aspectos que
se relacionan a continuación:
Angulo de lanzamiento
Se tomó el sugerido en clase por el docente de 45°, con este se
obtuvieron buenos resultados de alcance durante el vuelo.
Presión
Teniendo en cuenta que se requiere la aplicación de presión al sistema
para efectos del vuelo se usó una bomba manual de 100 psi.
Nivel de agua ideal.
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES DE PROYECTO DE COHETERIA
HIDRAULICA
ACTIVIDADES
MES
ENE FEB MAR ABR MAY
Conceptualización de temas básicos para
el desarrollo del proyecto
Establecimiento de bases conceptuales
Introducción
Objetivos
Marco teórico
Reconocimiento de antecedentes de
cohetería
Definición de planos y modelos
Construcción de base de lanzamiento
Construcción de cohete
Desarrollo de pruebas
Mediante el desarrollo de las pruebas se pudo determinar que se
requieren niveles entre 10 y 15% de agua para lanzamientos cortos
como los requeridos para el concurso.
ANALISIS
Durante las pruebas y el concurso se puedo evidenciar la importancia de
tener claros los tamaños exactos de válvulas, para evitar fallas en el
sistema.
Es importante generar soporte a la totalidad del sistema para evitar
movimientos inestables.
La velocidad a la cual se coloca presión en el sistema es fundamental
para lograr los resultados esperados.
REGISTRO FOTOGRAFICO.
El equipo realizo en paso a paso anterior y obtuvo los siguientes
resultados:
Fotografía 1. Válvula que se instalara en el cohete.
Fotografía 2. Cohetes listos para pruebas de lanzamiento
Fotografía 3. Base fabricada en madera lista para pruebas de lanzamiento.
GLOSARIO
Aerodinámica: La aerodinámica es la rama de la mecánica de fluidos que
estudia las acciones que aparecen sobre los cuerpos sólidos cuando
existe un movimiento relativo entre éstos y el fluido que los baña,
siendo éste último un gas y no un líquido, caso éste que se estudia
en hidrodinámica.
Aire: Se denomina aire a la mezcla de gases que constituye la atmósfera
terrestre, que permanecen alrededor del planeta Tierra por acción de la
fuerza de gravedad. El aire es esencial para la vida en el planeta. Es
particularmente delicado, fino, etéreo y, si está limpio, es transparente
en distancias cortas y medias.
Agua: El agua (del latín aqua) es una sustancia cuya molécula está
formada por dos átomos dehidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Es
esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida.
Cohete de agua: es un tipo de cohete de modelismo que usa agua como
propelente 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.
Empuje: El empuje es una fuerza de reacción descrita cuantitativamente
por la tercera ley de Newton. Cuando un sistema expele o aceler Lal en
una dirección (acción), la masa acelerada causará una fuerza igual en
dirección contraria (reacción).
Leyes de newton: Las leyes de Newton, también conocidas como leyes
del movimiento de Newton,1 son tres principios a partir de los cuales se
explican la mayor parte de los problemas planteados por lamecánica, en
particular, aquellos relativos al movimiento de los cuerpos.
Revolucionaron los conceptos básicos de la física y el movimiento de los
cuerpos en el universo.
Tiro parabólico: Se denomina movimiento parabólico al realizado por un
objeto cuya trayectoria describe una parábola. Se corresponde con la
trayectoria ideal de un proyectil que se mueve en un medio que no
ofrece resistencia al avance y que está sujeto a un campo
gravitatorio uniforme.
Bibliografía
ARTUSA, J. I.-C.-C.-M.-R.-S. (19 de Abril de 2014). ASTROEDUC. Recuperado el 19 de
Abril de 2014, de ASTROEDUC:
http://www.astroeduc.com.ar/archivos/COHETES%20PROPULSADOS%20POR%
20AGUA%20ISFN.pdf
Bolivar, M. A. (26 de Diciembre de 2011). Asociación astronautica Colombiana Astcol.
Recuperado el 19 de Abril de 2014, de Asociación astronautica Colombiana
Astcol: http://www.astcol.org/wp-
content/uploads/2011/Historia%20Coheteria%20Colombia.pdf
japón, O. d. (19 de Abril de 2014). CONAE, Programa 2M, programa de entrenamiento
Satelital para ninos y jovenes. Obtenido de CONAE, Programa 2M, programa de
entrenamiento Satelital para ninos y jovenes:
https://2mp.conae.gov.ar/descargas/Materiales%20/Cohetes_de_Agua-
Manual_del_Educador.pdf
