Procesos de Diseño II : Posibles Candidatos

Luego de una ardua discución, tenemos 2 posibles diseños para la embarcación.

CATAMARAN V/S MONOCASCO

Averiguando por internet sobre los diseños de las distintas naves náuticas, buscamos alguno que nos diera estabilidad pero tambien velocidad ya que no solo queremos que funcione sino que GANE LA COMPETENCIA.
Mas que mal, para que andamos con cosas, 3 décimas son 3 décimas mas el orgullo "pecho de paloma" de ganar es inevitable.

Comenzamos la investigacion "náutica".

A favor del Catamaran, tenemos lo siguiente:

"Muchos catamaranes están diseñados para que sean insumergibles dejando huecos estancos que garantizan la flotabilidad frente a un vuelco o frente a un impacto con un objeto flotante que al impactar produzca una vía de agua en un patín. " (1)

"Ya que la estabilidad creada por los dos patines es muy alta la escora es casi nula, y por tanto la potencia de las velas es siempre la misma e igual a la máxima que se consigue con escoras nulas. En un monocasco hay que utilizar un pesado bulbo que además de frenar el desplazamiento del casco por rozamiento disminuye el importante coeficiente definido por la potencia de las velas/Desplazamiento " (1)

En nuestro caso no es ni vela ni motor, si no el efecto Magnus, o sea el efecto de las diferencias de presion.

A favor del monocasco:

"(Con respecto al Catamarán) ... En principio con dos cascos flotando en vez de uno, existen dos superficies mojadas con más rozamiento y lo que es peor, las olas producidas por un casco del catamarán producen interferencias con las del segundo casco, generando todavía más resistencia al avance." (1)

La decisión es dificil.

Centrándonos en nuestra embarcación. O sea, tomando esta informacion sobre macro-diseños y llevándola al plano de micro-diseño-efectos del curso tenemos lo siguiente.

Catamarán.
- Mas estable eso ayuda en que no se voltee o desvie cuando le apliquemos la fuerza perpendicular.
- Fines prácticos: El espacio que queda en medio de los 2 cascos es ideal para los cilindros, las baterias, etc. Sin "cargar" el bote hacia algún lado.

Monocasco:
-Lo clásico, nos aseguramos que funcione, ya que el video que mostró el profesor a principio de semestre era con un monocasco

-El diseño, al ser mas simple, no tenemos tanta complejidad en la cantidad de piezas. Por ende menos problemas para unirlas , encajarlas, dejar sin flitraciones, etc.

¿Que decidir?

Esa es la cuestión.

Fuente:

(1)FONDEAR.

http://www.fondear.org/infonautic/Barco/Barco_Navegando/Catamaran_Velocidad/Catamaran_Velocidad.htm

Imágenes:
(i) Embarcación Efecto magnus
(ii) Catamarán impulsado a velas
(iii) Barco Efecto magnus -Anton FLETTNER (1885-1961)

Organizacion y Funcionamiento del Grupo de Trabajo

Tan importante como la embarcación en sí, es la organización y el funcionamiento del equipo de trabajo.

Eso se ve en nuestro grupo ya que tenemos muy marcado en enfoque "industrial" sin desmerecer lo mucho que "peinamos" por cada una de nuestras especialidades.

Como primera ley de grupo decidimos eliminar la típica idea de que cada persona se preocupa solo de un área de trabajo. Si bien es inevitable designar a cada uno alguna tarea específica esto no significa que sea él o ella la que la realice sino que será el encargado de "velar" en la organización de los demas integrantes en función de esta tarea.

Por eso no desfignamos responsabilidades, sino motivaciones. Eso marca la diferencia y esperamos se refleje en todo nuestro proyecto.

Entonces, tenemos lo siguiente:

Jorge: Encargado de la motivación de las finanzas.
Cecilia: Encargada de la motivación a trabajar en el blog.
Pablo: Encargado de la motivacion del diseño de la embarcación
Natalie: Encargada de la motivacion en cuanto a la modelación del dispositivo.

Identificacion de Metas y Dificultades

Nuestra meta principal es la de GANAR EL CONCURSO DE EMBARCACIONES.

Pero para ello debemos llegar a concretar una serie de metas previas.

Numeraremos las más inmediatas:

1. Construccion de una embarcacion que se mueva bajo el efecto Magnus, donde su estructura facilite el movimiento a sobre el agua, minimizando los roces entre esta y el medio
2. Escoger materiales que minimicen el roce entre los fluidos (aire y agua) y la embarcacion.
3. Minimizar los costos de construccion y materiales del proyecto.
4. Y por supuesto (y no menos importante) establecer buenos lazos de trabajo entre nosotros como integrantes de grupo.

Sabemos que no todo sera facil, somos un grupo muy unido, y hasta este momento hemos trabajado bien, pero dada la fecha de entrega y los compromisos que se nos avecinan a cada uno (pruebas, examenes, entregas varias, etc), por lo que creemos que la maxima dificultad que tenemos ahora es la COORDINACION para las semanas que se nos avecinan.

Procesos de Diseño I

Con todos los elementos necesarios para su funcionamiento, la embarcación debe ser capaz de flotar en las siguientes condiciones:

• La línea de flotación debe situarse a mínimo 4 cm de la cubierta y máximo a 6 cm.
• El volumen desplazado por la embarcación terminada y con todos sus elementos debe ser superior a 200 cm3.
• Debe permanecer estable frente a solicitaciones externas, sin volcarse lateralmente ni en el sentido longitudinal, permaneciendo el eje principal del aparato horizontal.
  

La embarcación la debemos diseñar para desplazarse sobre el agua minimizando las fuerzas hidrodinámicas contrarias a su movimiento. La potencia para moverla se obtendrá a partir de una corriente de aire que soplará sobre los mástiles rotativos de la embarcación.

El dia del concurso final las embarcaciones seran probadas en un canal del laboratorio del DIHA. Estas seran expuestas a una corriente de aire que soplara sobre los mástiles. Esta energía se debe usar para lograr la mayor velocidad de desplazamiento en la embarcación, aprovechando las diferencias de presiones que se generarán sobre los mástiles en rotación. La embarcación debe desplazarse en forma controlada sin desviarse.

Definicion del Proyecto

El objetivo de nuestro proyecto semestral es construir un barco que se mueva bajo el efecto Magnus.
El efecto Magnus es un 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. Esta situación es producto de varios fenómenos, tales como el Principio de Bernoulli.
Un objeto en rotación crea un remolino de aire a su alrededor. 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 se incrementará. 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 desplaza al objeto de la trayectoria que tendría si no existise el fluido.

Para el funcionamiento de nuestra embarcación consideramos que:

• El costo de los materiales empleados para su fabricación no puede sobrepasar los $15.000.
  
• La embarcación contará con dos mástiles cilíndricos de diámetro D=50mm (los cuales nos fueron proporcionados por el DIHA) conectados a pequeños motores capaces de hacerlos girar. Los dos pequeños motores nos fueron entregados por el DIHA.
  
• No existen restricciones en cuanto a materiales, dimensiones o forma de la embarcación.

El Sr. Magnus y sus efectos...Comienza el desafío!

Y comienza el proyecto, prontamente estaremos diseñando, retiraremos los materiales y todo lo demás.

De paso aclaro a los lectores de este blog que éste será principalemente una Bitácora sobre el proyecto. Las entradas anteriores hacen referencia a los laboratorios del curso "Mecánica de Fluidos" los cuales sin duda son una motivación para estar en contacto con lo experimental de lleno.
Pero ahora, estamos de lleno dedicados al proyecto, éste es lo principal!!

Pero..¿De donde salio un tal Magnus?.

Volvamos a los inicios..por ahi por mediados del siglo XIX.. la historia dice asi:

¿Cómo pueden unos cilindros actuar como velas? Para encontrar la respuesta nos vamos a ir a mediados del siglo XIX y vamos a explorar una de las investigaciones del físico alemán H. G. Magnus (nacido en 1802 y muerto en 1870).Todos sabemos que los aviones vuelan por dos principios físicos; el primero es el principio de acción y reacción: el viento que choca con las alas inclinadas y envía el aire hacía abajo, produce un empuje hacia arriba. El segundo es el efecto venturi (Bernouilli): un viento a gran velocidad arrastra al aire hacia de los alrededores hacia sí. O dicho de otro modo, produce el vacío. La forma del ala es tal que la parte de arriba es más abombada que la de abajo, por lo que el aire se ve forzado a ir a más velocidad por la parte de arriba. Por la parte de arriba más velocidad implica un vacío por debajo. Vacío que empuja las alas hacia arriba y permiten que el avión se mantenga en el aire.

Magnus pensó que si se hacía girar un cilindro vertical, mientras el viento soplaba horizontalmente, se podía producir el efecto Venturi (o Bernouilli).A ver si logro explicarlo. Pensemos que el viento sopla horizontalmente de Norte a Sur. Pensemos que un cilindro vertical rota en la dirección de las agujas del reloj.Debido a las velocidades relativas del viento y del cilindro girando, en el Este del cilindro, la velocidad del viento y la velocidad del cilindro van en la misma dirección (se suman), mientras que en el Oeste las velocidades van en dirección contraria (se restan). Eso significa que la velocidad viento es mayor en el Este en el Este, por tanto se produce un vacío, que tira del cilindro en esa dirección.Si, en un barco, hacemos girar el cilindro, aprovecharemos el efecto magnum. Curiosamente, el cilindro es mucho más eficaz que la vela.

Anton FLETTNER (1885-1961), ingeniero también alemán, diseñó un barco, basado en el efecto Magnum alrededor de 1924.

Unos años más tarde, Jacque Yves Cousteau recuperó el diseño de Flettner y mandó construir un barco basado en el mismo principio. Al barco lo bautizó Alcyone.

Fuente:
http://geneura.ugr.es/~jmerelo/atalaya/print.cgi?id=/historias/3277=Ciencia%2015