COHETE HIDRAULICO

FRANKLIN MENDEZ SUAZA

CÓDIGO: 4846

EDWIN STEVEN PATIÑO ORTIZ

CÓDIGO: 5513

BYRON ALEJANDRO MERA ORTIZ

CÓDIGO: 6581

ANTEPROYECTO FLUIDOS Y TERMODINAMICA

ING. JAVIER BOBADILLA

ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES

AREA: FISICA DE FLUIDOS Y TERMODINAMICA

BOGOTÁ D.C

2014

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Crear, diseñar y construir un prototipo que funcione como cohete hidráulico

usando como propulsor el agua líquida, utilizando materiales reciclables

aplicando los principios vistos en clase.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Aplicar los conceptos dados en clase para ponerlos en práctica en el

proyecto que se desarrollará.

Lograr que el cohete hidráulico tenga la precisión, altura y

especificaciones requeridas para poder ganar la competencia que se va

a realizar.

Observar videos y tomar inspiraciones en proyectos ya realizados.

Implementar materiales de fácil acceso para la construcción del

prototipo

Comprender la importancia del uso de diferentes materiales en el

prototipo.

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.

Los modelos de cohetes son populares en los Estados Unidos y escuelas,

museos de ciencias, etc. Se organizan actividades de construcción de cohetes

de agua; se encuentran a la venta diversos modelos de cohetes de agua para

armar. En Europa los modelos de cohetes para armar han sido más populares

que los cohetes de agua. Sin embargo, estos últimos tienen una larga tradición

en varios países tales como Inglaterra, Francia y Escocia. En 2001, Por

ejemplo, Inglaterra inició una competición llamada “Wáter Rocket Challenge“.

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.

Un cohete hidráulico puede dividirse en varias partes como:

1. botellas

Se utiliza como la base y la contextura del cohete hidráulico ya que es una de

las partes más importantes al momento de llevar a cabo la construcción.

2. Liquido

En este caso se utilizó agua ya que su densidad es 999,97 kg/m³ y es un

líquido con poca densidad. También lo tuvimos en cuenta ya que es un cohete

hidráulico por tal razón se bebe utilizar.

3. Bisturí

Es un objeto en forma de cuchillo de hoja fina y puntiaguda de una o dos cortes

compuesto por una lámina de acero y un mango metálico o de plástico. Es muy

usado en manualidades ya que es muy preciso y tiene un corte muy fino. En

nuestro caso se utiliza para darle forma y contextura a nuestro cohete y de

igual razón para poder obtener los alerones.

4. papel de radiografía

Se utilizó para hacer los alerones del cohete ya que le daba mayor precisión y

al momento de hacer el vuelo su despegue y caída era de manera parabólica.

5. Pintura

Se utilizó para darle color, vida y un acabado excelente al brazo hidráulico.

6. colbon

Se utilizó para poder anexar los alerones con la base del cohete darle textura y

un mejor acabado.

MARCO TEORICO

HISTORIA Y PIONEROS

El cohete tiene origen en el siglo XIII en China con las Saetas de fuego,

elementos bélicos propulsados por pólvora, es decir, por una reacción química.

“Desde entonces hasta el siglo XVIII la pólvora fue la base de la evolución del

cohete, alimentado una densa y larga serie de experiencias e intentos bélicos”.

Pero el verdadero inicio de la cohetería se remonta al siglo XIX con Konstantin

Eduardovitch Tsiolkovski, profesor de matemáticas y física ruso, quien

contribuyó teóricamente al desarrollo de la astronáutica. Tsiolkovski hizo un

análisis de gran parte de los aspectos técnicos del vuelo espacial en sus obras

“Sueño de la tierra y el cielo” y “La exploración del espacio cósmico mediante

aparatos de reacción”. “El estudioso ruso exploró incluso los problemas

relativos a la aceleración sugiriendo por vez primera el uso de cohetes plurifase

para alcanzar la velocidad de fuga y anticipando también el desarrollo de las

estaciones y de las colonias espaciales.”

La construcción de cohetes se formalizó con Werher Von Braun, prusiano

nacido en 1912 que se inició como constructor de cohetes experimentales.

Construyo varios modelos que inicialmente eran financiados por la Luptwaffe,

que tenía como interés principal dotar a sus aviones con mísiles balísticas.

HISTORIA DE LOS COHETES HIDRAULICOS

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.

TERCERA LEY DE NEWTON ACCION Y REACCION

La formulación original de la tercera ley por parte de Newton implica que la acción y reacción, además de ser de la misma magnitud y opuestas, son colineales. En esta forma la tercera ley no siempre se cumple en presencia de campos magnéticos. En particular, la parte magnética de la fuerza de Lorentz que se ejercen dos partículas en movimiento no son iguales y de signo contrario. Esto puede verse por cómputo directo. Dadas dos partículas puntuales con cargas q1 y q2 y velocidades  , la fuerza de la partícula 1 sobre la partícula 2 es:

Donde d la distancia entre las dos partículas y   es el vector director unitario que va de la partícula 1 a la 2. Análogamente, la fuerza de la partícula 2 sobre la partícula 1 es:

Empleando la identidad vectorial , puede verse que la primera fuerza está en el plano formado por   y   que la segunda fuerza está en el plano formado por   y  . Por tanto, estas fuerzas no siempre resultan estar sobre la misma línea, aunque son de igual magnitud (siempre que   no sea paralela a   o , ya que entonces ni siquiera se cumpliría la forma débil.)

Versión débil del principio de acción y reacción

Como se explicó en la sección anterior ciertos sistemas magnéticos no

cumplen el enunciado fuerte de este principio (tampoco lo hacen las fuerzas

eléctricas ejercidas entre una carga puntual y un dipolo). Sin embargo si se

relajan algo las condiciones los anteriores sistemas sí cumplirían con otra

formulación más débil o relajada del principio de acción y reacción. En concreto

los sistemas descritos que no cumplen este principio en su forma fuerte, si

cumplen el principio de acción y reacción en su forma débil:

La acción y la reacción deben ser de la misma magnitud (aunque no

necesariamente deben encontrarse sobre la misma línea)

Todas las fuerzas de la mecánica clásica y el electromagnetismo no-relativista

cumplen con la formulación débil, si además las fuerzas están sobre la misma

línea entonces también cumplen con la formulación fuerte de la tercera ley de

Newton.

PRESION: es una magnitud física que mide la proyección de la fuerza en

dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo

se aplica una determinada fuerza resultante sobre una línea. En el  Sistema

Internacional de Unidades la presión se mide en una unidad derivada que se

denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un Newton

actuando uniformemente en un metro cuadrado. En el Sistema Inglés la presión

se mide en libra por pulgada cuadrada (pound per square inch o psi) que es

equivalente a una fuerza total de una libra actuando en una pulgada cuadrada.

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 y transparente en distancias cortas y medias.

En proporciones ligeramente variables, está compuesto por nitrógeno (78 %), oxígeno (21 %), vapor de agua (0-7 %), y otras sustancias (1 %), como ozono, carbono, hidrógeno y gases nobles (como kriptón y argón).

ROZAMIENTO: Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción, a la fuerza entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento entre ambas superficies (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones, mayormente microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza perpendicular R entre ambas superficies no lo sea perfectamente, sino que forme un ángulo φ con la normal N (el ángulo de rozamiento). Por tanto, la fuerza resultante se compone de la fuerza normal N (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento F, paralela a las superficies en contacto.

TIRO PARABOLICO: 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.

En realidad, cuando se habla de cuerpos que se mueven en un campo gravitatorio central (como el de La Tierra), el movimiento es elíptico. En la superficie de la Tierra, ese movimiento es tan parecido a una parábola que perfectamente podemos calcular su trayectoria usando la ecuación matemática de una parábola. La ecuación de una elipse es bastante más compleja. Al lanzar una piedra al aire, la piedra intenta realizar una elipse en uno de cuyos focos está el centro de la Tierra. Al realizar esta elipse inmediatamente choca con el suelo y la piedra se para, pero su trayectoria es en realidad un "trozo" de elipse. Es cierto que ese "trozo" de elipse es casi idéntico a un "trozo" de parábola. Por ello utilizamos la ecuación de una parábola y lo llamamos "tiro

parabólico". Si nos alejamos de la superficie de la Tierra sí tendríamos que utilizar una elipse (como en el caso de los satélites artificiales).

PRINCIPIOS AERODINAMICOS: Aerodinámica es la parte de la mecánica de fluidos que estudia los gases en movimiento y las fuerzas o reacciones a las que están sometidos los cuerpos que se hallan en su seno. A la importancia propia de la aerodinámica hay que añadir el valor de su aportación a la aeronáutica. De acuerdo con el número de Mach o velocidad relativa de un móvil con respecto al aire, la aerodinámica se divide en subsónica y supersónica según que dicho número sea inferior o superior a la unidad.

Hay ciertas leyes de la aerodinámica, aplicables a cualquier objeto moviéndose a través del aire, que explican el vuelo de objetos más pesados que el aire. Para el estudio del vuelo, es lo mismo considerar que es el objeto el que se mueve a través del aire, como que este objeto esté inmóvil y es el aire el que se mueve (de esta última forma se prueban en los túneles de viento prototipos de aviones).

Es importante que el piloto obtenga el mejor conocimiento posible de estas leyes y principios para entender, analizar y predecir el rendimiento de un aeroplano en cualesquiera condiciones de operación. Los aquí dados son suficientes para este nivel elemental, no pretendiéndose una explicación ni exhaustiva ni detallada de las complejidades de la aerodinámica.

Teorema de BernoulliDaniel Bernoulli comprobó experimentalmente que "la presión interna de un fluido (líquido o gas) decrece en la medida que la velocidad del fluido se incrementa", o dicho de otra forma "en un fluido en movimiento, la suma de la presión y la velocidad en un punto cualquiera permanece constante", es decir que  p + v = k.

Para que se mantenga esta constante k, si una partícula aumenta su velocidad v será a costa de disminuir su presión p, y a la inversa.

El teorema de Bernoulli se suele expresar en la forma p+1/2dv² = constante, denominándose al factor p presión estática y al factor 1/2dv² presión dinámica.

p + 1/2 dv² = k;       1/2 dv² = pd

p=presión en un punto dado.      d=densidad del fluido.      v=velocidad en dicho punto.      Pd=presión dinámica.

ESPECIFICACIONES

Diseñar y fabricar un cohete hidráulico incluyendo las partes que lo

componen.se puede usar cualquier tipo de herramienta incluyendo, bisturí y si

es necesario, sus principales materiales deber ser botellas de plástico que sean

de 600 ml con el fin de observar su ensamble y diseño con el fin que sea un

cohete de precisión que pueda alcanzar los 14 metros propuestos.

POSIBLES SOLUCIONES

*el cohete hidráulico puede ser diseñado de cualquier medida pero siempre

teniendo en cuenta que se debe conservar su forma, la fabricación del cohete

se elabora desde unas botellas de plástico ya que es muy fácil de trabajar y

manejar y hací podremos darle forma.

* puede realizarse un diseño pequeño ya que tiene como objetivo dar a conocer

su funcionamiento

* utilizar varios tipos de botellas de diferentes medidas y longitud

*utilizar varios tipos de papel para los alerones.

ANALISIS Y SELECCIÓN

Analizando cada una de las propuestas para el diseño y la construcción del

cohete podemos concluir que:

Construir el cohete en botellas plásticas y papel de radiografía sería de gran

ventaja ya que es un material liviano de fácil manejo tiene la característica que

para adquirirlo es muy fácil ya que nos podría ahorrar tiempo al momento de

buscar otro tipo de material, ya que también nos ofrece los parámetro

requeridos y la resistencia necesaria. Ahora los factores negativos que puede

tener este tipo de material es que es muy delicado y frágil ya que se puede

romper o perder forma muy rápido. En los alerones utilizamos papel de

radiografía ya que al momento de mojarse no va a perder su forma y es muy

fuerte al momento de caer el cohete.

DISEÑO DETALLADO

Para este caso se desea construir un cohete hidráulico de forma didáctica y

creativa, con una única y principal característica que es: el cohete como tal

debe caer en un punto preciso ya que en este caso son 14 metros la mitad de

una cancha de micro también intentando utilizar material reciclable.

RESULTADOS

Durante la realización del proyecto obtenemos que se realizó un buen

trabajo, ya que al encontrarnos con varios obstáculos y dificultades a la

hora de obtener su buena funcionalidad, esto se logra mediante la

improvisación con variedad de materiales, investigamos varios puntos de

vista y llegamos a encontrar cual eran las fallas y corregimos gracias a la

opinión del docente, se logra llegar a buen resultado.

Satisfactoriamente vemos que se dieron las cosas y los buenos

resultados gracias a que hubo un trabajo en equipo, que fue de gran

importancia el punto de vista de cada integrante para que con su aporte

se complementara una sola idea y se viera reflejado en el proyecto. El

trabajo en clase y extra clase fueron ese complemento y cada idea que

se acogía era adaptada para lograr una buena funcionalidad, durante el

semestre el trabajo era constante, y efectivamente se llega a lo planeado.

CONCLUSIONES

En este presente proyecto podemos demostrar que la fuerza y presión

puede originar movimientos en los cuerpos.

Y así podemos demostrar que no solo por medio de un motor podemos

generar algún movimiento.

En la realización de un cohete hidráulico implica manejar inicialmente los

principio de pascal y la tercera ley de newton con base a lo cual incluye

llegar a profundizar con más información como: acción y reacción ,

presión hidrostática y fluidos para así poder llegar a comprender la parte

teórica y así poder seguir a la parte practica el cual incluye materiales

para su correcta elaboración y así con la información recabada y la

realización del proyecto llegar a comprender su importancia en su

utilización.

Llegamos a la conclusión de comprender la gran importancia de este

proyecto, pues notamos la gran importancia que se puede convertir este,

el uso del mismo puede estar relacionado como una gran herramienta en

el ámbito industrial, mecánico, automotriz, obrero, y científico, etc. En

conclusión la ingeniería hace referencia a ingenio este lo podríamos

llevar a tal punto de dar soluciones en diversas operaciones laborales

que nos encontramos.

BIBLIOGRAFIAS

http://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Newton

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Aire

http://es.wikipedia.org/wiki/Cohete_de_agua

https://2mp.conae.gov.ar/descargas/Materiales%20/Cohetes_de_Agua-Manual_del_Educador.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Fricci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_parab%C3%B3lico

http://www.manualvuelo.com/PBV/PBV12.html