Fallas.

El dia de hoy ha sido un dia bastante negro para el proyecto.

Y no solo por causa de nuestro prototipo (el cual se dió vuelta 2 veces, y cuando logró total estabilidad, no avanzó lo suficiente), sino que por la poca organización del proyecto mismo por parte de los encargados del curso.

Con ello nos referimos a todas las deficiencias:

1.- El canal es más ancho de lo que el profesor dijo en clases (40 cm.), lo que claramente es una desventaja cuando uno diseño su embarcación pensando en esas medidas.

2.- El sistema para medir el coef. de arrastre Cd dejó de funcionar, producto de que otros grupos lo dejaron funcionando al máximo de su capacidad por mucho tiempo (lo que provocó su sobrecarga), por lo que no pudimos calcular el valor exacto, y por tanto, no podemos hacer mayores estimaciones del tiempo de llegada.

3.- Las filtraciones del sistema hacen que el nivel no se mantenga constante por mucho tiempo, por lo que hay que ajustar el barco en demasiadas oportunidades, además de mojarse demasiado.

4.- El exceso de concurrencia deja claro que el DIHA no ha visualizado la necesidad de disponer de espacios para el trabajo de los proyectos de grupo... o Bien, el curso no se ha fijado de la falta de estos espacios.

5.- El trabajo, más que un desafío, parece un juego, donde ganará el que hizo el barco el último día, antes de los que planificaron su trabajo durante todo el tiempo del semestre, lo que es a todas luces algo injusto.

En fin, se podrían decir muchas más cosas en torno a como el proyecto ha caído en un Mega-Fail, debido a la limitación de las estructuras necesarias.

Debido a ello, es que las estimaciones del Coef. de arrastre no serán incluidas en el blog del proyecto (Porque no fue posible calcularlas). Mientras que la estimación del tiempo, debido a que no poseemos los datos de la velocidad en todo el proceso, y al no conocer tal coeficiente, no será respaldada por ecuaciones. Podemos inferir que nuestro barco demorará entre 20 y 30 segundos en llegar a los 5 metros.

Determinando la velocidad del chorro

Hoy fuimos al laboratorio de hidráulica para determinar de manera experimental el caudal del chorro que impactará a la placa.
Para lograr esto, llenamos el estanque con agua y luego destapamos la salida de este estanque, vertiéndose el agua al interior de un balde en un tiempo breve (pues nos interesa la velocidad del impacto). Y luego con una probeta logramos determinar el volumen de agua que se descargo.
Registramos el tiempo (minutos y segundos) y volumen (en litros) que obtuvimos:

1°

T: 5' 28''

V: 8,5 L

2°

T:3' 06''

V:5,4 L

Lo que al expresarlo en segundos y metros cúbicos resulta ser:

1°

T: 5,28 seg

V: 0.0085 m3

2°

T:3,06 seg

V: 0,0054 m3

Determinamos los caudales de cada experimento:

Q_1: 1,601*10^-3 [m^3/s]

Q_2: 1,765*10^-3 [m^3/s]

Luego, el caudal promedio será de: Q= 1,683*10^-3 [m^3/s]

El diametro de salida de chorro es de 1'' aprox., es decir 0.0254 m
Por lo que tendremos un area de:

A: 5.06*10^-4 (m^2)

Por lo tanto, debido a que Q=A*v

Tendremos que la velocidad será

v:3,326 (m/s)

esta es la velocidad que impactará la placa durante los primeros instantes de tiempo.

A continuación, un video del chorro armado por el personal del DIHA para este proyecto (agradecimientos para ellos).

Ecuaciones de Conservación de la Masa, de la Energía y de la CDM para el Estanque

Y un archivo del análisis del impacto del chorro en la placa de la embarcación.

https://docs.google.com/fileview?id=0B_EdeeIu5jzXNjBmZDE2NWQtNzUyZC00MTYxLTkzN2EtODY2ODNkN2ZlZmE5&hl=en

Modelación Teórica.

A continuación, está disponible la modelación teórica de nuestro proyecto. Esta fue realizada en el programa MAPLE, y ha sido dispuesta más ordenadamente, de manera metódica.

Se puede acceder a este archivo haciendo clic a continuación:

https://docs.google.com/fileview?id=0B_EdeeIu5jzXMDJlMjdkYTQtYzViZS00YWNiLWFiNzMtNDhiODY4ZmI5ZjRm&hl=en

En resumen, hemos podido determinar que la embarcación es totalmente estable, tanto teórica como empíricamente.

También, colocamos un video de la prueba del prototipo realizada

en los laboratorios del DIHA:

Algunas imágenes sobre el diseño de la embarcación

Algunas imágenes del diseño de la embarcación. En ellas se puede ver una aproximación 2D y 3D de nuestro diseño.

Y También ponemos a su disposición, algunos videos que muestran la construcción y las pruebas de estabilidad de la embarcación.

Construcción.

Hemos comenzado con la construcción de nuestro proyecto.

A partir de los planos diseñados y las mediciones que Maple maximizó para nosotros, logramos construir el prototipo, que es muy estable.

Además, moldeamos el material, plumavit de densidad 0,012 (g/cm^3), mediante el uso de un cuchillo de cocina caliente (que por cierto descansa en paz), de manera de obtener un corte preciso y delicado.

Probamos nuestro prototipo en la tina del baño, y hemos verificado que resiste muy bien, es muy estable a pequeñas oscilaciones, y que solo falta colocar una quilla, para evitar que gire, y mejorar un poco su aspecto, debido a la porosidad de la plumavit y los detalles del moldeado con el cuchillo caliente.

Datos Curiosos

Hoy nos dimos cuenta que todos tenemos celular Entel

Cálculo del CG

Para calcular el CG de la botella con agua despreciamos la masa de la botella (50,3 g) frente a la masa del agua (991,3 g) por representar la masa de la botella aproximadamente solo un 5% de la masa del agua. Dado esto nos bastó con calcular el CG del agua.

Para ello lo que hicimos fue medir la altura respecto de la base de la botella de la superficie libre inicial del agua (con 1 litro de agua dentro de la botella) y luego fuimos sacando el agua en cantidades pequeñas desde la botella hasta dejarla completamente vacía y midiendo en cada extracción la masa de agua extraída y la nueva altura de la superficie libre del agua.

Así pudimos aproximar la posición en el Eje Z del CG de cada porción de agua extraída siendo ésta el promedio de las alturas de la superficie libre de agua antes y después de la extracción. Luego de tener cada CG ponderamos cada uno de ellos por la masa de agua extraída en cada caso y así obtuvimos la posición en el Eje Z del CG total.

Para calcular la posición en el plano XY del CG bastará con calcular el diámetro de la botella a la altura en el Eje Z en que se encuentra el CG y dada la simetría con respecto a este eje sabremos que el CG estará en el centro de la circunferencia denotada por la botella a la altura en el Eje Z del CG.

Los resultados obtenidos fueron los siguientes:

Una herramienta que podriamos utilizar

Tal como ya lo hemos hablado en nuestras reuniones como grupo, una de las ventajas del plumavit es que es bastante moldeable, sobretodo si se trabaja con altas temperaturas.

Acá hay un video que nos muestra la exposición del plumavit al fuego. Que debidamente controlado lo podemos utilizar.

División del trabajo

A modo de organizar de mejor manera nuestro trabajo como grupo, hay actividades que podemos realizar de manera individual o tomando un mayor protagonismo, y otras en donde es necesaria la participación de todos:

Brainstorming: Todos.

Investigación: Todos.

Elaboración del diseño: Paul Knapp

Analisis Matematico: Gustavo Azorin

Publicar en el blog: Todos

Encargado de ordenar el blog: Marco Antonio Echeverria.

Compras y Administración del dinero asignado: A definir.

Construcción de la embarcación: Todos.

Pruebas del prototipo: Todos.

Encargado de laboratorios: Herlen Rojas

Esta asignación del trabajo no es fija y se pueden agregar otras responsabilidades a medida que avance el proyecto.

Se puede visualizar la Carta Gantt del Proyecto en el siguiente enlace:

https://docs.google.com/fileview?id=0B_EdeeIu5jzXY2Y4MTZiZjctMzQyMi00ZDdkLTk0N2MtM2M3NTEwYmMxNTNi&hl=en

Características generales del material elegido: Plumavit

Como ya se ha mencionado en algunos posts anteriores, como grupo hemos optado por usar plumavit (Poliestireno expandido) para nuestra embarcación:

Algunas características de este material son:

• Es una derivación del petróleo, al igual que todas las materias plásticas.
• Tiene un alto índice de absorción de energía en caso de caídas e impactos.
• Es de baja densidad (Su densidad oscila entre los 10 kg/m3 y 35 kg/m3)
• Es resistente a la humedad (No absorbe el agua)
• Es resistente a la compresión.
• Tiene resistencia química.
• Presenta baja conductividad térmica.
• Presentan una alta resistencia mecánica.
• Fácil de manipular y transportar.
• Alta Resistencia al envejecimiento.

Información extraida desde:

http://www.profesorenlinea.cl/mediosocial/Plumavit.htm

Usando Maple para calcular...

http://www.2shared.com/file/8440588/b6df5547/calculos.html

Acá subí un archivo en Maple para calcular el volumen del casco, el volumen de carena, el centro de gravedad del barco (sin contar la botella) y el centro de carena, todo en función de las dimensiones, que aun debemos determinar.

Gustavo.

Comenzando el diseño.

Para poder modelar la embarcación a realizar, hemos decidido comenzar con dividirla en formas geométricas conocidas.

Tal como se puede observar en la figura siguiente (hacer click sobre ella para agrandar la imagen), la embarcación puede ser dividida en 4 formas, a las cuales les podemos calcular el volumen y sus Centros de Gravedad. Además fijando la linea de flotación (color celeste) podemos calcular a que correspondería el volumen de Carena y Centro de Carena.

Lo que nos permitirá realizar los equilibrios de fuerzas necesarios para lograr la estabilidad de la embarcación.

En este diseño se han fijado todas las medidas como variables, y cuando ya decidamos cuales serán sus dimensiones podremos calcular lo ya antes mencionado.

El problema del roce y la Estabilidad.

Uno de los problemas que deberemos enfrentar en el proyecto corresponde al efecto del roce entre el agua y las paredes del barco.

Dado que la "Plumavit" es muy porosa, tiene un roce bastante alto.

Las soluciones para esto serían:

• Potenciar las terminaciones, para que sean suaves y delicadas.
• Recubrir el casco con un esmalte, para suavizar su superficie (y protegerlo del agua).
• Colocar alerones en la parte trasera (para evitar, de alguna forma, la formación de vórtices en la parte trasera).
• Que la Proa del barco sea lo suficientemente puntiaguda, para que pueda avanzar con facilidad en el agua y evitar formación de fuerzas contrarias al movimiento.

[Podemos ver, en la embarcación de la imagen, las perturbaciones en el agua por el avance del barco. Deberemos lograr que estas perturbaciones sean mínimas, de manera de maximizar el avance y la velocidad de nuestro barco, evitando las pérdidas por roce asociadas a la viscosidad del agua.]

De la misma manera, debemos ver el tema de la Estabilidad. Para que nuestro sistema sea estable, intuitivamente, debemos tener que la anchura de nuestra embarcación sea superior a la altura de la botella de CocaCola que irá montada en la cubierta.

+Marco.

Primer Laboratorio: Chorro

Como grupo hemos fijado nuestra primera experiencia de laboratorio para el dia 30 de octubre a las 16:00 hrs.

Eligiendo el Laboratorio de Chorro.

Más adelante se actualizará esta entrada con lo aprendido en este laboratorio aplicable a nuestro proyecto.

Que tipo de embarcaciones serían más estables

Cuando se nos presentó el proyecto, se nos recalcó bastante el hecho de que solo puede ser una embarcación de un casco, esto es la principal dificultad del proyecto, pues lograr que la embarcación sea estable sería mucho más fácil si contáramos con un mayor número de cascos (multicascos).

A modo de clasificarlas tenemos:

- praos: 2 cascos de distinto tamaño

- catamaranes: dos cascos iguales

- trimaranes: tres cascos: uno mayor en el centro y dos menores al costado.

Las cuales son embarcaciones bastante estables, pero que para este proyecto no se nos permite hacerlas.

Imagen: The Voyager Catamaran

Material del Bote

Aquí las ideas para el material con que haremos el barco...

Supongo que las más evidentes son plumavit (poliestireno expandido) y madera de balsa. La segunda es bastante más cara que la primera, no sé cuál será mejor, se les ocurre alguna otra idea?

CG de la botella

Hola, aqui ideas para el cálculo de centro de gravedad de la botella de agua.

Objetivos del proyecto

Este semestre se ha planteado como objetivo del curso Mecánica de Fluidos de la Universidad Católica de Chile lo siguiente:

" diseñar y construir un prototipo de una pequeña embarcación a escala que cumpla con ciertas restricciones y reglas en relación a potencia disponible para impulsarlo y presupuesto. Esta embarcación debe flotar de manera estable y moverse en forma controlada cuando es empujado."

Restricciones:

• Debe ser de un solo casco.
• No puede superar los 40 cm de ancho.
• No debe sobrepasar los 15mil pesos en gastos.
• La botella de 1 litro que debe llevar es de CocaCola y debe ir en posicion vertical.
• Debe contar con una placa para recibir el chorro que le dará el impacto para moverse.
• La linea de flotación debe ubicarse a 5 cm de la cubierta.

Se evaluará:

• Estabilidad y Flotabilidad.
• Navegación de manera estable.
• El aprovechamiento de la energia potencial del agua en el estanque.
• Terminaciones, sistema de propulsión y diseño.
• Rapidez de desplazamiento.

Finalmente:

• Se realizará una competencia entre todos los grupos del curso, en la cual la embarcación deberá ser capaz de recorrer una distancia de 5 metros.
• A los tres primeros lugares en esta competencia se les asignará 0.3 , 0.2 y 0.1 puntos a su promedio final del curso.