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PROYECTO COHETERIA HIDRAULICA

KAREN JULIETH PRIETO RODRIGUEZ

DAVID BENAVIDES LOPEZ

JARVEY ORTIZ ORTIZ

PRESENTADO A

JAVIER BOBADILLA

FISCA DE FLUIDOS Y TERMODINAMICA

UNIVERSIDAD ESCUELA COLOMBIANA DE CARERRAS INDUSTRIALES

FACULTAD INGENIERIA INDUSTRIAL III SEMESTRE / NOCHE

BOGOTA D.C MARZO 8 DE 2015

PROYECTO DE COHETERÍA HIDRÁULICAKaren Julieth Prieto Rodríguez David Benavides LópezJarvey Ortiz Ortiz

TABLA DE CONTENIDO1. OBJETIVOS......................................................................................................3

OBJETIVO GENERAL..........................................................................................3

OBJETIVOS ESPECIFICOS.................................................................................3

2. ANTECEDENTES.............................................................................................3

3. MARCO TEORICO............................................................................................5

4. CONCLUSIONES…………………………………………………………………….7

5 BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………8

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1. OBJETIVOSOBJETIVO GENERAL

Plantear y diseñar un dispositivo funcional que se desempeñe como un cohete de propulsión de aire comprimido.

OBJETIVOS ESPECIFICOS Demostrar el principio de pascal como uno de los parámetros de

construcción del cohete. Aplicar experimentalmente la tercera ley de newton durante las pruebas de

uso del cohete Evidenciar a través del uso del cohete los principios del movimiento

uniformemente acelerado y las ecuaciones del tiro parabólico. Desarrollar modelos a pequeña escala que cumplan con las condiciones

esenciales para general un prototipo apto y que cumpla con las características básicas de propulsión de cohetes.

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2. ANTECEDENTES

ACTIVIDADES DE COHETERÍA EN COLOMBIA

La Comisión Colombiana de Cohetería y Astronáutica C3 organiza diversas actividades en planteles educativos y como parte de su programa de promoción de cohetería en Colombia. Además apoya a otras instituciones que desarrollan programas divulgativos similares. Algunas de las actividades desarrolladas han sido:

Festival de Astronomía de Villa de Leyva (exhibición anual). Organizado por ASASAC.

Celebración de los 40 años de la Conquista de la Luna, 2009 (taller/exhibición). Organizado por el Grupo de Astronomía Apolo en Barranquilla.

Olimpiadas Colombianas de Astronomía OCA (Competencia anual). Organizadas por la Fundación Cosmos en Bogotá.

Festival de la Luna en Chía (exhibición anual). Organizado por la Alcaldía de Chía.

Aventura Espacial, Barranquilla 2009 (organización/concurso). Organizado por la Fundación Genius en Barranquilla.

Festival de Astronomía del Desierto de la Tatacoa (Exhibición anual).

PARTICIPACIONES COLOMBIANAS MÁS DESTACADAS EN COHETERÍA A NIVEL INTERNACIONAL

la cohetería hidráulica ha venido avanzando a través del tiempo, algunos que se han podido evidenciar y otros que aún están en el anonimato, se encuentra trabajos en universidades que quiere incentivar a los estudiantes a que indaguen, propongan y fabriquen un cohete hidráulico acerca de las leyes de la física terminología o principios básicos para que ello suceda, en organizaciones dedicadas a desarrollar proyectos a escalas más reales o también personas que se reúnen por una actividad en común como los aficionados a las ciencias espaciales donde se encuentra gran variedad de participantes bien sean estudiantes, ingenieros, diseñadores industriales, docentes de idiomas entre otros todos reunidos para realizar charlas, talleres foros y eventos.

Por consiguiente es válido comenzar por Francisco Restrepo quien es el pionero de la cohetería en Colombia un ingeniero mecánico quien empezó hacer sus modelos a escala y cada vez ha intentado llegar más alto (Altura aprox. 100mts, hasta los 1000 mts) quien decidió no elevar más sus cohetes por seguridad en Medellín (1961-1962). Realizó aproximadamente 1000 lanzamientos también

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PROYECTO DE COHETERÍA HIDRÁULICAKaren Julieth Prieto Rodríguez David Benavides LópezJarvey Ortiz Ortiz participó en la gestación y puesta en funcionamiento de los programas de Ingeniería Aeronáutica, llevándolo a ser asesor para la Fuerza Aérea Colombiana.

Al mismo tiempo Isaías Moreno quien hizo su primer lanzamiento en 1961, 30 cm de longitud aproximadamente, lo lanzo el 26 de diciembre de 1960, alcanzando solo desplazarse varios metros, pero sobre la superficie del terreno y cada vez desarrollando cohetes con diferentes longitudes y obteniendo alturas cada vez más altas, encontrándose con varias fallas e intentando mejorar las condiciones o cambiar de materiales o evitar que después del despegue sus cohetes explotaran debido a la presión ejercida por el aire comprimido.

INTEGRANTES UNIVERSIDAD AÑO PLANTEAMINETO RESULTADO

Fabián Villamil

Kevin Rodríguez

Escuela Colombiana de Carreras Industriales

2014

Aplicar de manera práctica los conocimientos obtenidos en el curso de física de fluidos con el fin de diseñar y fabricar un cohete hidráulico donde se utilice únicamente el agua y el aire como elementos de propulsión buscando usar materiales reciclables

Se hizo referencia a las propiedades que debe tener el prototipo para una mayor precisión a la hora del lanzamiento

Carolina Ramírez

María Eugenia rincón

Lina Gámez

Escuela Colombiana de Carreras Industriales

2013

Diseñar y construir un dispositivo funcional el cual se desempeñe como cohete de propulsión a chorro usando como elemento para propulsar agua, para ello se utilizara materiales sencillos y de un bajo costo, se pretende verificar experimentalmente los principios físicos involucrados en el principio mismo

El efecto fue del conocimiento adquirido por realización del experimento atreves de varios intento

Felipe Hurtado Matéu

Universidad de San Buenaventura

2015 Elaborar un cohete hidráulico donde relacione la teoría y la práctica a su

Entender por qué vuela los cohetes ya

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PROYECTO DE COHETERÍA HIDRÁULICAKaren Julieth Prieto Rodríguez David Benavides LópezJarvey Ortiz Ortiz Andrés Felipe Parra Amado

vez entendiendo los conceptos.

sea por su motor el fluido , el gas y su diseño

3. MARCO TEORICO

Dentro del funcionamiento de un cohete de agua se aplican básicamente los mismos conceptos de cohetes aeroespaciales, conceptos como la propulsión, la aerodinámica, fuselaje (cuerpo principal del cohete), son criterios fundamentales que afectaran el comportamiento final del cohete que vamos a construir. También es indispensable conocer cuáles son las consecuencias de aplicarle más presión de la que se debe a la botella, es decir cuál es la resistencia del material con respecto a la presión.

TERCERA LEY DE NEWTON O LEY DE ACCION O REACCION

“Por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza este realiza una fuerza igual pero de sentido opuesto sobre el cuerpo que la produjo. Las fuerzas siempre se presentan en pares de igual magnitud y sentido opuesto y están situadas sobre la misma recta”

El cohete de agua se basa en el principio de acción-reacción, es necesario expulsar materia violentamente en una sola dirección desde un espacio cerrado para causar tal efecto. En consecuencia el cuerpo se desplaza en la misma dirección pero en sentido contrario a la expulsión violenta de materia. En el caso de nuestro cohete la materia que se expulsara violentamente es agua potable y el medio para expulsarla es el aire bajo presión. Nuestro espacio cerrado es la botella de refresco H2O.

LEY DE CONSERVACION DEL MOMENTUM

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PROYECTO DE COHETERÍA HIDRÁULICAKaren Julieth Prieto Rodríguez David Benavides LópezJarvey Ortiz Ortiz Todo objeto en movimiento o en estado de reposo, toda vez que no exista una fuerza actuando sobre él, conservará su momento lineal, este comportamiento es siempre constante.

La masa multiplicada por la Velocidad es igual al “Momentum”

Por medio de esta ley podemos argumentar que nuestro cohete hidráulico se moverá hacia adelante en reacción de compensación del aire comprimido que ha sido expulsado de la botella. Para entenderlo, Supongamos que un cohete real tiene una masa M + m, siendo M la masa de la estructura y m la del combustible. Un cohete en tierra, antes del lanzamiento, tiene un momentum igual a 0, ya que está en reposo con velocidad 0 (Velocidad del cohete es igual a 0, Vc=0):

MomentumCohete= (M+m)V c=0

Cuando el cohete genera el gas y lo expulsa hacia atrás, cierta cantidad de m (masa del combustible) sale del cohete a una determinada velocidad Vm. Es decir, se genera un momentum del gas.

MomentumGas=m(−V m)

Donde -Vm hace referencia a la magnitud negativa del desplazamiento del gas que va en dirección contraria al avance del cohete.

Para que el sistema siga cumpliéndose bajo el principio de conservación del momentum, el cohete con su masa y el resto de combustible tiene que adquirir velocidad. En el origen de esta velocidad, está el origen del empuje o fuerza de reacción.

MomentumGas=MomentumCohete→

m (−V m )=¿

En los cohetes de agua la masa m viene, en su mayor parte, de la masa de agua eyectada. De esta forma la Vc dependerá de la cantidad y de la velocidad que podamos transmitirle al agua Va, que dependerá del gradiente de presión, es decir, cuanto más presión metamos en el interior de la botella, más velocidad de eyección del agua, y por tanto más empuje. Pero esto es cierto hasta determinados valores de volumen de agua y presión del aire. Como tenemos un cuerpo con un volumen limitado tendremos que encontrar el equilibrio entre el volumen de agua y el de aire a presión para que sean máximos, y de esta forma llegar a la mayor eficiencia.

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LEY DE PASCAL

Todos aquellos fluidos no compresibles (los líquidos) son capaces de transmitir la presión (fuerza / superficie) a la que están

sometidos, a cada unidad de superficie del recipiente que los contiene, por igual.

Esta ley es la que hace que una pequeña fuerza ejercida sobre la palanca de un “gato hidráulico” (en que utilizamos para elevar un vehículo), haga que algo muy pesado se mueva.

En el cohete que vamos a desarrollar, el aire es el elemento que podemos comprimir de la misma manera que se infla un globo. El aire en cumplimiento de la ley de Pascal, transmite la presión a todas las paredes de la botella y el agua con que la llenamos. El agua al ser líquido no se comprime, tampoco varia su volumen incluso sometido a la presión.

MECANICA DE FLUIDOS

Los fluidos en movimiento son estudiados por medio de la mecánica de fluidos. El rendimiento de la boquilla debe ser analizado por medio este concepto. De manera somera y llevando a un escenario idea el funcionamiento de nuestro cohete, entre más pequeña sea la parte de la boquilla, mayor ser la velocidad que desarrollará y proporcionalmente por más tiempo y con más fuerza actuará el empuje.

CAUDAL

Se define como la velocidad de un fluido por la sección que debe atravesar. Imaginándonos que el caudal es constante producto de una presión constante, al disminuir el radio de la boquilla, la velocidad de fluido en la evacuación de agua debe aumentar, al igual que el ejemplo que el profesor Javier nos ofreció en clase, con el estrangulamiento del ducto de una manguera.

LEY DE CONSERVACION DE LA ENERGIA

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PROYECTO DE COHETERÍA HIDRÁULICAKaren Julieth Prieto Rodríguez David Benavides LópezJarvey Ortiz Ortiz La energía ni se crea ni se destruye sólo se transforma en diferentes energías. Basándonos en este principio fundamental de la termodinámica, los cohetes de Agua-Aire comprimido, la obtienen de la energía potencial elástica almacenada en aire que nosotros introduciremos en la botella por medio de la bomba de aire a usar.

MOVIMIENTO PARABOLICO

Se denomina movimiento parabólico a la trayectoria que describe un objeto lanzado trazando una parábola. Para el caso de nuestro cohete, la trayectoria que este trazara, describirá tal comportamiento.

CAIDA LIBRE CON ROZAMIENTO

Cuando un cuerpo cae en caída libre pero no parte del reposo porque tiene una velocidad no nula, entonces la trayectoria de caída no es una recta sino una curva aproximadamente parabólica. La ecuación de la trayectoria en coordenadas cartesianas viene dada por:

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Rozamiento -kwv. Trayectorias casi parabólicas con rozamiento proporcional a la velocidad, para cinco valores diferentes de la velocidad horizontal β = 1,5 - 2,5 - 3,5 - 4,5, desde una altura h = 7δ.

Donde x es la coordenada horizontal (eje de abscisas) e y la coordenada vertical (eje de ordenadas).

La expresión de la velocidad vertical debe reescribirse en función de la coordenada x teniendo en cuenta que t = x/vx. Pueden distinguirse los siguientes casos:

Para un cuerpo en caída libre sin rozamiento, la trayectoria es exactamente una parábola dada por:

AERODINÁMICA EN EL COHETE

Es rama de la mecánica de fluidos que se ocupa del movimiento del aire y otros fluidos gaseosos, y de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos que se mueven en dichos fluidos. Algunos ejemplos del ámbito de la aerodinámica son el

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PROYECTO DE COHETERÍA HIDRÁULICAKaren Julieth Prieto Rodríguez David Benavides LópezJarvey Ortiz Ortiz movimiento de un avión a través del aire, las fuerzas que el viento ejerce sobre una estructura o el funcionamiento de un molino de viento.

Es por eso que la forma del cohete es importante en su confección, la nariz del cohete es primordial así como la forma del fuselaje. Según estos ejemplos el modelo de cohete de juguete mostrado por Water Fun Rocket sería ideal ya que tendría una forma ojival hacia la proa del cohete y más alargado hacia el extremo de popa, en cierta forma tendría gran similitud al plano aerodinámico.

Programa de Water Rocket fun

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Tipos de narices de cohetes (según su forma) y sus coeficientes de resistencias al aire. Según Parczewski, Juan (2003). Métodos de cálculo del Centro de Presión Cp.

Tipos de narices, según su forma Coeficiente de resistencia

(sin unidades)

Cónicas 0,667

Ojivales 0,446

Parabólicas 0,5

Elípticas 0,333

Tipos de narices de cohetes, según su forma.

Según Water Fun Rocket los factores que modifican el roce (Drag) o resistencia del cohete en el aire son:

1. Densidad de la atmósfera. (rho, 1290 kg/m3, varía con la altitud)2. Sección transversal del cohete (Area; m2).3. Velocidad del cohete. (V;m/s)4. Coeficiente de roce. (Cd; sin unidades)

Como conclusión lo más indicado en la fabricación de los cohetes sería utilizar una nariz de tipo ojival y la parte de proa (la punta) del cohete debería tener mayor

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PROYECTO DE COHETERÍA HIDRÁULICAKaren Julieth Prieto Rodríguez David Benavides LópezJarvey Ortiz Ortiz calibre que la parte de proa (parte inferior), ambas observaciones tienen la finalidad de disminuir la resistencia del cohete al aire.

Cuando un cohete entra en movimiento debido a que el empuje es mayor que su peso, se originan dos fuerzas aerodinámicas el roce y el levantamiento. Estas fuerzas aerodinámicas son generadas por: las aletas, la nariz o punta y el tubo del cuerpo del cohete. Tanto el roce como el levantamiento se aplican sobre el centro de presión del cohete. La fuerza de levantamiento es una fuerza perpendicular a la dirección de vuelo: en los aviones es opuesta al peso, sin embargo en los cohetes no ocurre así, es el empuje la fuerza opuesta al peso. Por lo que esta fuerza de levantamiento en un cohete es utilizada para controlar la dirección y estabilidad del vuelo. Los puntos en amarillo corresponden al centro de presión y centro de gravedad.

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PROCEDIMIENTO CONSTRUCCIÓN COHETE

PARTES DEL COHETE

Valvúla tr415(parte donde entra el aire y sale el agua) Falda (donde se fijan las aletas) Deposito ( agua y aire) Punta (cabeza del cohete) contrapeso (plastilina) mantiene equlibrio cojín (reuduce los daños por caídas)

MATERIALES

2 Botellas plásticas 600 ml de gaseosa Lamina pvc Plastilina 45gr Bolsa de basura Valvula tr415 Silicona en barra Cinta vinilo

HERRAMIENTAS

Tijeras Escuadra Bisturí Pistola de silicona Marcadores

1º Verificar el estado de las botellas que no estén averiadas ni con algún daño evidente, preferiblemente usar botellas que su contenido halla sido de gaseosa para que soporte la presión a la que estará expuesta y con cuerpo cilíndrico.

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2º definir cual de las dos botellas será el cuerpo y cual será la que se va a usar para la falda y la cabeza del cohete.

3º tomar una de las botellas, se corta la parte de arriba donde esta ubicada la boca de la botellas para hacer la cabeza y la parte central de la botella para la falda obteniendo un rectángulo.

4º con el rectángulo que se obtiene del corte se mide donde va a quedar ubicada las aletas se procede a realizar las divisiones para la ubicación de los alerones hechos en lamina de pvc.

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Teniendo en cuenta las medidas del alerón sean proporcionales al tamaño del cohete a cada aleta se le realiza un doblez para ubicarlo.

5º Ubicar las aletas en la falda con silicona en los puntos ya establecidos.

6º tomar la colita de la botella y aplicar 45 gr de plastilina esparcir por todas las cavidades, verificar el centro de gravedad del cuerpo del cohete, deberá estar mas cerca a la cabeza del cohete.

7º tomar la cabeza del cohete (corte de la segunda botella parte superior, removiendo el pico de la botella dejando un orificio.

Con cinta vinilo se pega la cabeza sobre el cuerpo del cohete asegurando lo muy bien, en el orificio se introduce la bolsa cumpliendo la función de cojín llenando a totalidad la punta del cohete.

8º sellar totalmente el orificio de la nariz del cohete

9º Revisar la alineación de todas las partes del cohete tanto la falda, como las aletas.

PROCEDIMIENTO CONSTRUCCIÓN LANZADOR

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PROYECTO DE COHETERÍA HIDRÁULICAKaren Julieth Prieto Rodríguez David Benavides LópezJarvey Ortiz Ortiz PARTES DEL LANZADOR

Rieles de guía( Direccionamiento del cohete) Base (soporte) Móvil (variación ángulo) Graduador (medida del angulo)

MATERIALES

2 laminas de madera contra enchapada para la base y el móvil 2 bisagras 1 tramo de cadena 2 ganchos 2 anillos transportador Tornillos Dry Wall para madera Pintura Adhesivo para madera Lija

HERRAMIENTAS Y EQUIPO

Sierra caladora Martillo Taladro

1º disposición de la madera contraenchapada

a- 1 4 rieles de guía (20mm x 20 mm x 800 mm) (largo )b- 3 placas para el riel de guía ( 220mm x 120 mm x 10 mm ) ( espesor)c-1 placa (corta) para riel de guía ( 60 mm x 120mm x 10mm ) (espesor)

d- 1 placa inferior para riel de guía (800 mm x 800 mm x 10 mm) (espesor)

e- 1 placa base (grande) (600 mm x 800 mm x 10mm) (espesor)f- 1 placa base (pequeña) (800 mm x 800 mm x 10 mm) (espesor)

2º se pega los rieles a las placas cortas, fijando con adhesivo para madera y tornillos en forma de caja ubicando cada riel en una esquina.

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3º en la placa inferior del riel de guía, se ubica la caja que se realizo anteriormente para tomar la medida y dejar la caja en el centro con respecto a la base, para fijarlos en la parte de abajo con tornillos

4º se aplica la pintura a la caja y a la base para protegerla del agua.

5º colocar las bisagras en el borde para conectar la placa móvil de la base.

6º atornillar los anillos y los ganchos

7 º ubicar el graduador en la caja a un costado

8º fijar la cadena para variar el

8º ensamblar todo dispositivo completo para el lanzamiento

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RESULTADOS DE LA PRÁCTICA REALIZADA CON EL COHETE

AGUA(ml) BOMBASOS ANGULO DISTANCIA(m)300 4 22 35300 2 22 13250 2 22 12.50250 3 22 24250 2 18 7250 2 24 15250 2 20 14.30250 2 20 14.60250 2 20 14.70250 2 20 14.50250 2 20 14.60

El principal inconveniente que se nos presentó en la práctica era la forma de controlar la presión debido a que no utilizamos manómetro como referencia.

Lo primero que hicimos fue dejar una variable constante como lo era el agua y observamos el cambio que tenía con respecto a la cantidad de bombazos en la no tenía gran variación.

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Después dejamos tres variables contantes como lo eran el agua, angulo y cantidad de bombazos la variación estas tres variable con respecto a la distancia no sobrepasaba un rango de 20 cm.

Al final de tantos intentos dejemos la variable del agua constante en 250 ml, 2 Bombazos, un angulo de 20 y la variación con la distancia eran 20 cm lo cual nos pareció acorde debido a que esta desviación que teníamos la producía el viento.

Esta incertidumbre la pudimos comprobar en la práctica que generamos en el parque santa marte debido a que las condiciones del clima eran más favorables había poco viento lo cual no modificaba la trayectoria del cohete casi siempre nos caía a una distancia de 14.70m.

CONCLUSIÓN

En consecuencia se dice que la fabricación de un cohete propulsado con agua es uno de los experimentos que abarca muchos conceptos. Como movimiento parabólico, aerodinámica, ley de newton e innumerables teorías.

Así mismo para obtener un buen desempeño a la hora de realizar el lanzamiento, relacionando la teoría con la práctica. Realizar los cálculos necesarios para controlar las variables que se presenten como el ángulo, la presión, distancia a recorrer, cantidad de agua que se requiere y el peso del cohete para que el lanzamiento sea lo más preciso.

Por consiguiente se observa que la realización de un proyecto de cohetería hidráulica además de desarrollar en cada uno de las integrantes habilidades o destrezas, logra la satisfacción de poder realizar a un tamaño escala un cohete cumpliendo con el objetivo de la clase, como también a nivel personal la solución de inconvenientes que se presenten en el proyecto.

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BIBLIOGRAFIA

http://es.slideshare.net/WILLIAMRS/proyecto-cohete-hidraulico

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

http://exploration.grc.nasa.gov/education/rocket/rktfor.html

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

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

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