Grupo 15 - Proyecto Mecánica de Fluidos PUC

Ensayos y Video FINAL

2008-06-16T22:39:00.001-04:00

Luego de un duro trabajo a lo largo de todo el semestre pudimos terminar nuestro proyecto de manera muy satisfactoria. Creemos que este nos ayudo a entender el proceso de diseño que se debe seguir al crear algo.

Los ensayos fueron hecho luego de la construccion, donde pudimos controlas el volumen de carena y la linea de flotacion. Todo esto en el siguiente video.

Descripcion de la Solucion Adoptada

2008-06-16T22:38:00.007-04:00

Desde el principio, cuando teniamos que investigar los diseños a elegir, creimos que la forma de navegar del catamarán era la que mas nos convenia para realizar nuestra embarcación.
Es por esto que nuestra solución adoptada es un catamarán, construido a base de 2 balsas de plumavit de alta densidad de 49 cm de largo, 5 cm de ancho y 10 cm de alto (todo esto con forma triangular como pueden ver en las fotos).

La parte superior, que une las 2 balsas, es un trozo de madera MDF de 30cm por 26 cm, la cual va pegada a 4 tarugos los cuales la sujetan a las balsas. Sobre esta placa de madera van sujetos los cilindros giratorios.
El mecanismo de estos cilindros fue bastante ingenioso. Por una cosa de suerte no dimos cuenta que el diametro del orificio del cilindro de espuma era del mismo tamaño que el de una tapa de botella plastica. Ademas teniamos en nuestro poder unas rodelas plasticas que eran del mismo tamaño que el interior de la tapa de las botellas. Esto junto a un tarugo de madera, una perforacion en el mismo y un poco de poxipol nos permitieron generar la rotacion de los cilindros.

Por un tema de vibración optamos por poner bajo los cilindros, una espuma, lo que permitia que el motor, al iniciar su movimiento, girara uniformemente.

Ademas un timon creemos que es una muy buena manera de uqe nuestra embarcacion navegue en forma recta.

Este es el modelo, hecho en Autocad, que queriamos realizar.

Este es nuestro Catamarán. Se parecen?

Estimacion de Costos

2008-06-16T10:39:00.001-04:00

En realidad nuestra estimacion, via navegacion por internet es bajo $10.000
Nuestros costos totales estimados son:

Producto	Precio
Plumavit de Alta Densidad (30 kg/m^3) de 30x60x10	$ 2.000
Madera Trupan de 30x30	$ 250
2 Tapones Cónica Bidet de Caucho	$ 350
Forro Autoadhesivo 3 colores	$ 2.490
Esponja Virutex	$ 500
2 Lijas	$ 150
Soldadura (Estaño)	$ 400
Cable eléctrico (1mt)	$ 250
Pilas AA	$ 1.500
Porta-Pila 4 AA	$ 500

Vemos que el gasto fue inferior a $10.000, dando un gran total de $8.390

Plan de Trabajo

2008-05-15T22:20:00.007-04:00

Como tenemos desarrollado un gran proceso de diseño, tenemos la mayoria de los materiales y estamos decididos a hacer de este proyecto algo que nos destaque, podemos entonces planificar nuestro calendario y hacer un plan de trabajo para no tener que estar al final del semestre sufriendo por los atrasos.

·Semana del 12 al 18 de Mayo:
Nicolás y Pablo, cotizarán los materiales para la construcción del prototipo y los comprarán. Ellos comprarán todo lo necesario, ya sea para construir los cascos del catamarán como el sistema eléctrico que hará que los cilindros giren.

· Semana del 19 al 25 de Mayo:
Alfonso y Agustín, se preocuparán de armar la parte eléctrica del prototipo, y hacer que los cilindros funcionen, es decir, que giren correctamente.
Pablo y Nicolás, por su parte, construirán los cascos del catamarán y la cubierta. Si esta parte llegara a ser más complicada que la parte eléctrica, Alfonso y Agustín ayudarán en esto y viceversa.

·Semana del 26 de Mayo al 01 de Junio:
Juntaremos las dos partes del prototipo (parte eléctrica y cascarones con cubierta). Verificaremos que no hayan errores en la construcción, es decir, que por ejemplo, el prototipo esté bien sellado y no le entre agua, y que todo funcione en forma adecuada. Si esto no fuera así, se arreglará lo que sea necesario, para que la embarcación quede en óptimas condiciones.

·Semanas del 02 al 15 de Junio:
Comenzaremos a hacer las pruebas del prototipo en terreno. Aquí modificaremos los aspectos que no funcionen bien en la práctica, tal como que la embarcación no navegue en línea recta. Al final de estas semanas, debemos tener el prototipo funcionando a la perfección y listo para competir.

La competencia es el día 27 de Junio, lo que nos da un margen de error de aproximadamente dos semanas. Esto es bastante bueno considerando si es que se presenta algún inconveniente que debamos resolver.

Algunas Pruebas

2008-05-15T15:00:00.004-04:00

Como parte del proceso de prueba de nuestro prototipo, decidimos hacer algunas pruebas de flotabilidad, eso si pruebas virtuales. Esto solamente para tener una idea de como respondería nuestro prototipo en terreno. Dado esto pudimos obtener las siguientes imágenes:

Imagen Lateral Izquierda

Imagen Lateral Derecha

Alternativas de Diseño Consideradas

2008-05-14T21:21:00.000-04:00

Después de bastante investigación llegamos a la conclusión que para que nuestra embarcación, dados los requisitos impuestos, fuera lo mas rápida posible, debía ser del tipo multicasco, mejor dicho, un catamarán.

Nos inspiramos en varios modelos que encontramos en internet como por ejemplo:

Muchas personas, por intuición, pueden pensar que en realidad un catamarán no es lo mas eficiente, esto ya que tiene mayor superficie de contacto con el agua (al tener 2 cascos) por lo que sufrirá de una fuerza de roce mayor. Además al tener 2 cascos, se formaran olas que harán interferencia, frenando el catamarán aun más.
Aunque todo eso se cumple, la gracias de un catamarán es que es muy liviano, y su estabilidad es excepcional. Gracias a esto, la potencia producida por las velas, en nuestro caso los mástiles, se transfiere casi completamente a la embarcación, lo que hace que sea realmente veloz.
Claro esta que estas embarcaciones también tienen problemas, y es que no pueden navegar en aguas peligrosas. Un volcamiento es sinónimo de perdida, esto ya que es prácticamente imposible des volcar un catamarán sin la ayuda de una grúa.
Para nosotros, al tener que probar el catamarán en un lugar cerrado, ese no es problema.

Nuestras distintas alternativas de diseño nacen de este modelo. Probaremos mediante formulas matemáticas que alternativa es mejor:

-Cascos anchos y no tan profundos
-Cascos mas angostos y profundos

Según esto fabricaremos nuestro prototipo para asi poder ganar la competencia, ya que estamos convencidos de que mejor diseño no hay.

Proceso de Diseño

2008-05-13T21:42:00.000-04:00

En realidad, como en todos los proyectos ingenieriles o no ingenieriles, uno debe seguir una cierta pauta para poder así abarcar todos los puntos y desarrollar un proyecto bien desde el principio. Para esto hemos creado, basándonos es modelos existentes, un proceso de diseño de nuestro catamarán.

Esta será la pauta que nos llevará a elegir el mejor diseño de embarcación para así poder cumplir los requisito y ganar.

Repartición de Tareas: Fortalezas y Debilidades

2008-04-23T22:31:00.009-04:00

En realidad queremos realizar el proyecto como grupo, pero sabemos que cada uno tiene distintas habilidades que pueden ayudar más al proyecto que otras. Por ejemplo designaremos a Pablo Hernández como nuestro diseñador, el cual hará modelos en 3 dimensiones que nos ayudarán en la simulación teórica. Nicolás Eyzaguirre será el encargado de cotizar los materiales para optimizar nuestro presupuesto, además de ver cuáles son los materiales más adecuados para el mejor desempeño de nuestra embarcación. Nicolás y Pablo serán los encargados de fabricar nuestro prototipo, sin incluir la parte eléctrica ni los cilindros móviles. Agustín Vial será el encargado de actualizar el blog, además de ser el fotógrafo del proyecto. Alfonso Pola será el encargado de las pruebas en terreno del prototipo. Alfonso y Agustín serán los encargados de la modelación matemática del diseño de nuestra embarcación, y del diseño y armado de la parte eléctrica del prototipo, tratando de que se cumplan todos los requisitos.

Obviamente todo esto va de la mano, pero hemos repartido las tareas para tener un cierto orden inicial para el desarrollo del proyecto. Claro que todos aportaremos en el trabajo del otro.

Las fortalezas del grupo son que todos los integrantes estamos muy motivados y comprometidos tanto por el ramo como por el proyecto, por lo que, tenemos muchas ganas de que el proyecto resulte de la mejor manera y si es posible ganar la competencia. Esta motivación hace que sea fácil juntarnos a trabajar y poder avanzar en la embarcación. Otro aspecto fuerte del grupo, es que no solamente somos compañeros de trabajo o de ramo, sino que somos amigos, lo que nos ha llevado a compartir tiempo no solamente en la universidad, sino que fuera también. Debido a esto, tenemos la suficiente confianza para decir las cosas que cada uno piensa y así poder realizar el proyecto de forma “democrática”, sin que sólo un integrante tome las decisiones importantes. Esta confianza hace que surjan más ideas, por lo tanto, el “brainstorming” del proyecto es bastante amplio. Otra fortaleza es la competitividad que cada integrante posee, lo que finalmente nos llevará a poner todo nuestro esfuerzo para que el proyecto sea un éxito y podamos quedarnos con el primer lugar. La organización es otro punto fuerte en nuestro grupo, al igual que la eficiencia en el trabajo. Por ejemplo, si sabemos que juntándonos a trabajar no avanzaremos tanto como cada uno haciendo lo que le corresponde por separado, preferimos no juntarnos, y debido a la confianza que tenemos en cada uno de nosotros, sabemos que el trabajo que cada uno haga por separado, será de gran calidad.

Por otro lado, las debilidades del grupo son mucho menos que las fortalezas. Sin embargo, una debilidad es que debido a la diferencia de horarios de los integrantes, a veces no todos podemos juntarnos a trabajar (cuando es necesario). Esta debilidad es parte de todos los grupos de trabajo, ya que sincronizar el tiempo de cuatro personas es complicado. Por ejemplo, para esta segunda entrega, decidimos juntarnos para discutir sobre los diseños de la embarcación. En esta oportunidad, algunos se tuvieron que ir antes, otros llegaron después, por lo que el tiempo en que todo el grupo estuvo junto, fue corto.

La balanza se inclina hacia las fortalezas!

Metas, Objetivos y Dificultades

2008-04-23T22:29:00.003-04:00

El objetivo específico de este proyecto es construir la embarcación más rápida posible, sin dejar de lado la estabilidad y el cumplimiento de las restricciones establecidas inicialmente. Para juzgar finalmente las embarcaciones se hará una competencia entre los participantes del curso, para determinar el prototipo mejor logrado.

Nuestras metas más ideológicas consisten en poder implementar todos nuestros conocimientos para poder llevar la teoría a la práctica. Sabemos que la mayor ventaja natural del hombre frente a los animales radica en su capacidad de extender sus características físicas a través del uso de la herramienta. Dicen que los perros pueden oír lo que nosotros no oímos, y claramente un felino es más ágil que un ser humano. Sin embargo, somos los seres humanos y no los animales que dominamos la tierra. Es por esto que queremos, a través del estudio y el uso de nuestra inteligencia crear un dispositivo que nos permita movernos en un medio que no es el propio, tal como es el agua (claro que a escala).

En este caso además, estamos usando un principio para propulsar nuestra embarcación, el cual no es el más evidente. Obviamente un remo, o una hélice logran impulsar una nave, y no es necesario llevar a cabo mayores estudios para al ver el mecanismo entender cómo funciona. En nuestro caso, el efecto que produce el movimiento del barco podría parecer contra intuitivo e ir en contra de nuestras nociones físicas más básicas. Es por esto que una meta importante en el desarrollo de este proyecto, es llevar a la práctica una idea teórica de una demostración no tan evidente y ver como la teoría predice ciertos efectos que si no fuera por esta probablemente no conoceríamos.

En un ámbito más práctico, tenemos otras metas más concretas. Durante el curso del proyecto nos hemos dado cuenta que la meta original no es tan simple, y hemos decidido proponernos distintas metas, en orden de dificultad y de prioridad, las cuales enumero a continuación. No gastaremos esfuerzos en metas futuras mientras no hayamos completado a cabalidad las precedentes.

1.- Construir un prototipo inicial que cumpla con las condiciones de flotabilidad y estabilidad que se nos piden.

2.- Lograr impulsar la embarcación a través del efecto magnus.

3.- Afinar detalles para maximizar la velocidad del artefacto y así poder tener un buen desempeño en la competencia final.

Respecto a las dificultades, las separaremos de acuerdo a cada una de las metas planteadas.

El diseño de la embarcación que nos ha sido propuesto, como ya mencionamos, debe cumplir con ciertos requisitos. Estos consisten en tener un volumen de carena mayor a 200 cms cúbicos y la línea de flotación debe ubicarse a no más de 6 ni a menos de 4 cms de cubierta. Para cumplir estos requisitos debemos, primero que nada tener un modelo sobre el cual trabajar. Tras establecer este modelo, debemos ser capaces de a través del estudio de la geometría del modelo, y a través de los conocimientos adquiridos en el curso lograr establecer medidas específicas (como la masa final del bote, o sus dimensiones) que nos permitan cumplir los requerimientos.

En cuanto al impulso de la embarcación a través del efecto magnus tenemos básicamente dos limitaciones. Por un lado, los cilindros y motores que podemos usar para llevar a cabo la propulsión nos son proporcionados y tienen ciertas especificaciones estándar, y serán los mismos para todos los grupos. Por lo tanto tenemos que ajustar nuestro modelo a estas piezas y no en el sentido contrario, lo cual podría ser más conveniente. Para ejemplificar un poco esta situación, pongo el caso de un bote demasiado pesado. Los motores que poseemos no nos permitirían moverlo, a pesar de que en todos los demás aspectos sea un muy buen diseño. Por otro lado, la otra limitante que nos impone el uso del efecto magnus para la propulsión de la nave es, como ya mencionamos anteriormente, en que es más bien contra intuitivo, y que por lo tanto cualquier problema que se presente necesitará un análisis más teórico que uno práctico basado en nuestro sentido común. Probablemente, con un barco a vela, si tenemos algún problema sería bastante fácil diagnosticarlo, por lo obvio del mecanismo de propulsión. En nuestro caso, las cosas no serían tan evidentes.

Por último, respecto de nuestro ideal de conseguir la mayor velocidad posible para nuestro bote, deberemos enfocarnos en dos aspectos; el roce entre las superficies del bote y el agua, y la formación de turbulencias en el agua como respuesta al movimiento del bote. Otros aspectos, como potencia de los motores sabemos que no podemos cambiarlos, así que no los tomaremos mayormente en cuenta. Por lo aprendido en clases, vimos que el flujo turbulento en general tiene un impacto mucho mayor sobre el desplazamiento de una partícula a través de un fluido, que el flujo laminar. Como vimos en un video, un Ford modelo T al ser más rectangular y por lo mismo crear más turbulencias que un auto moderno, presentaba una resistencia mucho mayor al movimiento por parte del aire. Es por esto que debemos intentar minimizar las posibilidades de roce turbulento en nuestro diseño, intentando en general usar formas que “corten” el agua. Por otra parte, el movimiento de nuestro barco, aunque no genere turbulencias, se verá afectado por el roce entre las superficies y el fluido. Esto es inevitable, y solo podemos aminorarlo disminuyendo las superficies en contacto, y a través del uso de distintos materiales. Sin embargo debemos mantener el volumen de carena constante, por lo tanto, la magnitud de la superficie de contacto dependerá únicamente de la forma física de la embarcación.

Algo de Teoría

2008-04-23T22:04:00.000-04:00

El aporte más importante al efecto magnus se da por Bernoulli. De acuerdo al Principio de Bernoulli, la presión de un fluido se relaciona con la velocidad v mediante la siguiente fórmula p=r v2/2. (Donde r es la densidad del fluido).

Vemos que la presión depende del cuadrado de la velocidad del fluido.

Si un objeto está rotando sumergido en un fluido con flujo (viento), su rotación causa un aumento de velocidades en un lado y disminución en el otro creando así una diferencia de presiones, esto causa una fuerza perpendicular al flujo, lo que para nuestro caso causará una propulsión de la emabarcación.

Pero como se aplica el efecto bernoulli en la realidad, podemos ver un video que demuestra, de cierta manera algo muy parecido, el efecto que tienen los cambio de presiones sobre los objetos.

Además de Bernoulli, 2 científicos, Kutta-Joukowski estudiaron lo que podemos llamar la "sustentacion". Es este el fenomeno que causa la fuerza perpendicular al movimiento del viento. Existen ciertas formulas matemáticas que describen este fenomeno.

La fuerza por unidad de longitud del cilindro esta dada por F=rho*G*V, donde G = 2*p*w*r² y w es la velocidad angular del cilindro.

Presentación del Grupo

2008-04-23T22:01:00.008-04:00

(Orden en la foto: Pablo Hernandez, Nicolás Eyzaguirre, Alfonso Pola, Agustín Vial)

Somos el grupo 15 formado para el proyecto de Mecánica de Fluidos, primer semestre del año 2008.

Para este proyecto debemos fabricar, usando como base el efecto magnus y la teoría pasada en el curso, una embarcación a escala, capaz de navegar lo mas veloz posible.

Los integrantes del grupo son:

Alfonso Pola

Tengo 20 años, egresé del colegio Saint George el año 2005 y actualmente curso el tercer año de la malla de ingeniería civil electricista, y sigo un minor en filosofía. También me interesa la informática, y pretendo hacer algún estudio de postgrado en el tema.

Pablo Hernández

Tengo 20 años, egresé del colegio Grange el año 2005 y actualmente curso tercer año de ingeniería civil industrial pero todavía no me decido por mi mención, dentro de las cuales hidráulica es de mis preferidas. Es de mi interés hacer un postgrado o master en el área de administración.

Nicolás Eyzaguirre

Tengo 21 años, egresé del colegio Grange el año 2005 y actualmente curso tercer año de ingeniería civil y pretendo seguir la malla de industrial mención mecánica. Tengo pensado irme de intercambio el próximo año a alguna universidad de E.E.U.U o Australia.

Agustín Vial

Tengo 20 años, egresé del gran colegio Craighouse el año 2005 y actualmente curso tercer año de ingeniería civil industrial con mención en eléctrica. En mis planes esta terminar la carrera con un magister en ingeniería eléctrica y tal vez irme en un intercambio a algún país europeo o asiático.