Grupo 3 - Proyecto Mecánica de Fluidos PUC

Problemas con la Pintura..

2008-06-19T11:44:00.000-07:00

Surgieron problemas con el pintado de nuestra embarcacion...ya que considerabamos era lo más sencillo y fácil de aplicar, por lo que lo dejamos para el final. El asunto es que la pintura no secaba nunca y era el dia de la entrega...por los colores que se le aplicaron a nuestra embarcación que debía ser como "tiburón" finalmente quedó como una "orca", porque los colores aplicados fueron blanco y negro.

Fotos Construccion...

2008-06-16T19:58:00.001-07:00

Proximamente...

Algunos Resultados

2008-06-16T19:55:00.000-07:00

Posteriormente al ensayar a "Nemo" en una piscina ya manejamos algunos resultados, en cuanto a velocidad de desplazamiento de la embarcación y a la distancia de aplicacion del viento, aunque esta última es una estimación ya que se realizó con un secador de pelo común ....y los resultados NO los daremos a conocer por el blog , para mantener la incetidumbre entre todos los grupos del curso. Estan en nuestro informe.

Principales problemas durante la construcción.

2008-06-16T19:17:00.001-07:00

Si bien el diseño consiste en una embarcación con forma de "Tiburon", la cual no fue fácil de llevar a cabo, el principal problema que se nos presentó durante el proceso contructivo fue lograr el correcto funcionamiento de los cilindros de espuma los cuales van conectados los motores que entregó el DIHA. Esta situación se debió a lo difícil que resultó manipular el eje presente en los motores dadas sus pequeñas dimensiones.

Durantes los primeros ensayos de funcionamiento de los cilindros, no se lograba una rotación uniforme en torno a un eje estable...dicha situación al día hoy a sido solucionada.

Otro de los problemas que surguieron durante la construcción de "Nemo" fue lograr la restriccion de limite de flotación el cual debe ir 4 a 6cm bajo lo que sería la cubierta del barco, esto se generó principalmente debido al material empleado (plumavit de alta densidad)...se logra solucionar introduciendo unos pesos de acero.

Esquemas de La Embarcación "Nemo"

2008-06-16T19:08:00.000-07:00

Ha pasado el tiempo y el final se acerca es por esto que mostramos a las dimensiones y las distintas vistas de lo que es el modelo final de nuestra embarcación...Vista Superior.

Vista Lateral.

Vista Frontal.

Boceto de diseño del casco y nombre del proyecto

2008-05-26T22:22:00.000-07:00

Megalodon...

Este será el nombre de la embarcación, en honor al prehistórico antepasado del tiburón blanco

Acá presentamos un boceto del probable diseño del casco, bonito no?

Elección de la idea a construir

2008-05-16T20:19:00.000-07:00

No queremos adelantar mucho de cómo será específicamente el diseño final, pero para que se den una idea, sólo daremos esta PISTA

Detalles a considerar en el diseño

2008-05-16T19:16:00.000-07:00

Largo del barco.

"Cuánto más largo sea un barco, más puede correr. Es decir, por mucho que pongamos enormes velas o motores, cada barco tiene un tope de velocidad (salvo si éste se pone a planear) que está determinado por su eslora de flotación. Una vez alcanzada la velocidad límite, si añadimos más potencia, ésta originará olas más grandes creadas por el barco, pero no más velocidad."

"A medida que aumenta la velocidad, la energía de rozamiento aumenta con el cuadrado de la velocidad, lo cual ya es muy importante.

Es decir para ir el doble de rápido tenemos que meter 4 veces más de potencia. Pero lo terrible es que la energía que se pierde en la olas creadas crece con la potencia sexta de la velocidad! Es decir si al ir a 5 nudos de velocidad utilizamos 10 caballos de potencia, para ir a 10 nudos (el doble) necesitamos 64 veces más de potencia, es decir, la friolera de 640 caballos! "
(fuente http://www.fondear.org/infonautic/Barco/Barco_Navegando/Velocidad_Eslora/Velocidad_Eslora.htm)

Acá podemos apreciar un gráfico que relaciona la velocidad barco con su velocidad

Empíricamente, la velocidad máxima del barco se puede aproximar por:

$v = 1.34*sqrt(LWL)$

donde LWL es la línea de flotación en pies, y $v$ es la velocidad en nudos.

En unidades SI, quedaría:

$v = 0.793928*sqrt(LWL)$ con LWL en metros y $v en metros por segundo.$

Posiciones de Metacentro-Centro de Gravedad:

Un cuerpo flotante es estable si su centro de gravedad esta por debajo del metacentro. Así, mediante el cálculo de la posición de ambos podremos saber si nuestra embarcación será estable o no.

La distancia del metacentro al centro de flotabilidad se denota con MB y se calcula a partir de la ecuación:

MB = I / Vc

En esta ecuación Vc es el volumen desplazado de fluido (también llamado volumen de carena), e I es el momento de inercia de la sección horizontal del cuerpo que se encuentra en la línea de flotación. Si la distancia MB coloca al metacentro por encima del centro de gravedad el cuerpo es estable.

Ideas de diseño

2008-05-16T19:03:00.000-07:00

Para el diseño de la embarcación hemos pensado, básicamente, en tres formas:

1. Diseño tradicional (de un casco):

Corresponde a la típica forma de que posee un barco o bote, parte con la proa en punta, llegando a su parte más ancha en el medio, para terminar con un corte recto o, al igual que la proa, en punta.

Principales razones para elegirlo:

Muy sencillo de construir

Al ser tan común, nos indica que su diseño es relativamente eficiente

Principales razones para desecharlo:

Para hacerlo completamente estable a solicitaciones externas, se debe hacer muy ancho

Al ser muy ancho, la superficie que tiene contacto con el agua aumenta, aumentando el roce

Muy poco original

2. Diseño Catamarán (dos cascos):

Se compone de dos cascos (de forma similar a los tradicionales) unidos por una estructura que se mantiene sin tocar el agua, generando una especie de puente.

Principales razones para elegirlo:

Extremadamente estable a las solicitaciones externas

Diseño atractivo a la vista

Principales razones para desecharlo:

Al estar compuesto por muchas piezas, lo vuelve más proclive a desarmarse

Al necesitar un mínimo de volumen sumergido, no aprovecharíamos las características de su diseño (poco contacto con el agua)

3. Diseño basado en la naturaleza:

Sin desmerecer el trabajo de los científicos, la naturaleza ha tenido millones de años para perfeccionarse y, aprovechándonos de eso, hemos tomado la forma de una de las mejores “máquinas” marinas: el tiburón.

Principales razones para elegirlo:

Muy original

Diseño hidrodinámico

Muy estable a solicitaciones externas

Principales razones para desecharlo:

Complejo de construir

Podría asustar a más de una persona (broma ;P)

Análisis de materiales

2008-05-16T18:50:00.000-07:00

Puesto que existe libertad en el diseño de la forma de la embarcación, en primera instancia, se evalúan distintos materiales para la construcción de la embarcación en cuanto a la constructibilidad que presenten, posibles problemas y una estimación de costos.

Madera
El uso de madera es común en embarcaciones menores, principalmente de pescadores, por lo que es de suponer que este material presenta buenas condiciones para este tipo de naves.

Ventajas:

Es un material liviano, lo que beneficia la velocidad generada por los cilindros. Mayor velocidad es uno de los objetivos que se persigue.
La densidad de la madera facilita la flotabilidad.
Existen gran variedad de pegamentos o adhesivos que trabajan con este material.

Desventajas:

Presenta problemas para trabajar formas o cantos redondeados. Se requiere el uso de prensas para lograr esto.
Para lograr formas redondeadas se requiere de mayor tiempo de construcción.
La geometría de la embarcación se vería limitada a formas de corte recto.

Cotización:

Peso (kg): 13

Largo: 2.4 m
Ancho: 1.2 m
Espesor: 9 mm
Color: Natural
Material: Pino radiata

Usos: Embalajes, mueblería y similares.
Características: Tablero contrachapado en madera de pino radiata, de gran estabilidad y resistencia mecánica.

$ 9.180 x C/U (fuente Sodimac)

Fibra de vidrio

Dado que la embarcación que se debe diseñar es de dimensiones pequeñas, el uso de la fibra de vidrio representa una buena opción como material de construcción.

Ventajas:

Este material se presenta como "tela" la cual puede ser facilmente dimensionable.
Su flexibilidad permite todo tipo de formas.
Se le puede dar distintos grosores.
Es un material liviano.
Corto tiempo de secado.
La fibra de vidrio es un material inorgánico, que no arde y es insensible a la humedad, lo que permite usarlo en ambientes húmedos.

Desventajas:

Requiere el uso de moldes para dar las formas. Generalmente un tipo de esponja moldeable.
Para su aplicación se requiere una mezcla de una resina y un catalizador, en una proporción adecuada para lograr una correcta homogeneidad.
Durante la mezcla catalizador resina, emanan fuertes gases. Requiere mayores medidas de seguridad en su aplicación.

Cotización:

Marca: Femoglas
Modelo: 1.22 m x metro lineal Natural
Origen: Chile
Color: Natural
Espesor: 0.5 mm
Peso: 0.99 Kg

$ 3.860 x ML (fuente Sodimac)

- Resina fibra de vidrio. Artel
$ 2.507 fco. 80 ml (fuente Libreria Nacional)

- Catalizador fibra de vidrio. Artel
$ 3.500 fco. 80 ml (fuente Libreria Nacional)

Plumavit

Este material generalmente se hace presente en toda maqueta o prototipo, y por supuesto, acá no podía estar ausente
Ventajas:

Su densidad es extremadamente baja, aproximadamente 10 kg/m3
Muy bajo costo
Fácil de cortar

Desventajas:

Al cortarlo, no siempre se consigue una superficie completamente lisa
Se debe escoger un pegamento adecuado, ya que algunos pueden corroer el material

Cotización:

Marca: Isopack

Origen: Chile
Modelo: Standard D-10
Garantía (meses): indefinida
Largo (m): 2
Ancho (m): 1
Espesor (mm): 50
Presentación: Plancha

$ 2.690 x C/U (fuente Sodimac)

Tomando en cuenta todos estos datos, hemos concluido que la mejor materia prima será el plumavit, ya que gracias a su bajo costo y facilidad de trabajar, podremos realizar varios prototipos en caso de que no nos quedara bien desde el principio.

Calendario de trabajo

2008-05-15T18:27:00.000-07:00

Acá presentamos el calendario de trabajo, durante lo que queda del semestre:

Metodología de trabajo

2008-05-15T17:49:00.000-07:00

Nuestros pasos de trabajo en adelante serán más o menos los siguientes:

Analizaremos y elegiremos los materiales a utilizar

Plantearemos alternativas de posibles diseños

Veremos qué se debe considerar en el diseño y elegiremos la forma del barco

Compraremos los materiales

Construiremos el bote, mientras tratamos de elaborar el mejor sistema electro-mecánico para el motor y los mástiles

Ensamblaremos las partes y se harán los ajustes necesarios para cumplir con las restricciones impuestas (controlando el peso, tanto en cantidad como en lugar)

Se comenzarán con las pruebas sobre la embarcación

Se le harán los últimos arreglos y se adornará para su presentación final, la competencia

Objetivos

2008-04-20T17:25:00.000-07:00

Diseñar, modelar, construir y evaluar una pequeña embarcación capaz de propulsarse utilizando los principios del "efecto magnus", a través de dos mástiles cilíndricos en rotación, sobre los cuales soplará viento.
Construir el dispositivo de forma que flote de manera estable y sea capaz de moverse en forma controlada y en línea recta.
Diseñar la embarcación de manera que cumpla con las bases del proyecto y a la vez sea original, para diferenciarnos del resto de los participantes.
Diseñar el prototipo de tal forma que el tiempo en recorrer la distancia pedida sea mínimo.

Proyecto

2008-04-20T16:17:00.000-07:00

Efecto Magnus sobre una embarcación

El proyecto consiste en diseñar y construir una pequeña embarcación que cumpla con ciertas restricciones impuestas y que, como medio de propulsión, use el llamado “Efecto Magnus”.

Para esto se nos hará entrega de 2 mástiles cilíndricos de diámetro D=50mm y 2 pequeños motores capaces de hacerlos girar. Somos libres en cuanto a forma, dimensiones y materiales a usar, sin embargo, se nos pone un límite de 15.000 pesos como costo máximo.

En cuanto al diseño de la embarcación, se nos exige que la línea de flotación se sitúe entre 4 y 6 centímetros de la cubierta. Además, el volumen de carena (volumen de agua desplazado por la embarcación) debe ser superior a 200 cm³. Finalmente, debemos considerar que nuestro bote sea capaz de resistir solicitaciones externas sin volcarse, tanto lateralmente como en sentido longitudinal.

La idea es que la embarcación se desplace sobre el agua de manera estable y sin desviarse, minimizando las fuerzas hidrodinámicas contrarias a su movimiento, y aprovechando de la mejor forma la potencia empleada para moverlo, la cual provendrá de una corriente de aire que soplará sobre los mástiles.

Los prototipos finales participarán en una competencia pública, donde resultará ganadora la embarcación que recorra una determinada distancia en el menor tiempo, y que haya cumplido con todas las restricciones anteriormente expuestas.

Presentación de Grupo

2008-04-20T16:10:00.000-07:00

Grupo 3 Mecánica de Fluidos.
Integrantes:
- José Cruz Opazo.
- Nicolás Harding Diaz.
- Roberto Lara Diaz.
- Cristian Salgado Arellano.

Todos estudiantes de la Escuela de Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica de Chile. Pero a la vez con especialidades ingenieriles distintas como: Transporte, Estructural, Eléctrica y Gestión de la Construcción. Por lo cual consideramos que la comunicación de los integrantes debe ser un fuerte en el trabajo de grupo para lograr un buen desarrollo de proyecto. El objetivo del grupo es trabajar juntos y de forma organizada para lograr el objetivo que es la construcción de una embarcación a escala que obtenga su fuerza motora a través del efecto Magnus.

Para distribuir la carga de trabajo de mejor manera, hemos escogidos responsables de ciertas partes del proyecto, que serán los encargados de asignar tareas, de manera de hacer más eficiente el trabajo, ya que, obviamente, todos trabajaremos en todo. Los asignación es la siguiente:

Administrador Blog y Entregas: José Cruz Opazo.
Modelación y Diseño: Cristian Salgado Arellano y Roberto Lara Díaz.
Construcción: Nicolás Harding Díaz.

Teoría

2008-04-20T15:49:00.000-07:00

EFECTO MAGNUS

El efecto Magnus es el nombre dado al fenómeno físico por el cual la rotación de un objeto afecta a la trayectoria del mismo a través de un fluido, en particular, el aire.

Para explicar el efecto necesitamos conocer dos cosas:

1) El efecto Venturi, basado en el principio de Bernoulli, que dice que a mayor velocidad, el aire (y cualquier fluido) tiene menor presión y

2) El aire es un fluido levemente viscoso (roza perceptiblemente con los objetos que en él se mueven y consigo mismo).

Este efecto fue descrito por primera vez por el físico alemán Heinrich Magnus en 1853.

Un objeto en rotación crea un remolino de aire en su entorno. Sobre un lado del objeto, el movimiento del remolino tendrá la misma dirección que la corriente de aire a la que el objeto está expuesto. En este lado la velocidad aumentará. En el otro lado, el movimiento del remolino se produce en la dirección opuesta a la de la corriente de aire y la velocidad se verá disminuida. La presión en el aire se ve reducida desde la presión atmosférica en una cantidad proporcional al cuadrado de la velocidad, con lo que la presión será menor en un lado que en otro, causando una fuerza perpendicular a la dirección de la corriente de aire. Esta fuerza desvía al objeto de la trayectoria que tendría si no hubiese fluido.

En un caso particular, supongamos que el objeto se esté desplazando hacia la derecha (por lo que la velocidad del aire circundante respecto del objeto va hacia la izquierda) y gire en el sentido de las agujas del reloj, la velocidad del aire en el punto más bajo del objeto aumenta por el arrastre de ese giro. En el punto más alto, el giro del objeto se opone a la corriente de aire y frena esta corriente. De ahí que en el punto más bajo del objeto aparezca una pérdida de presión respecto del más alto que impulsa al objeto hacia abajo.

Muchas veces se hace referencia a este efecto a la hora de explicar movimientos extraños pero comúnmente observados en deportes que hacen uso de bolas y pelotas en rotación, especialmente en el golf, béisbol, fútbol o cricket. En el fútbol, este efecto es responsable de la llamada "comba", como la de Roberto Carlos