Grupo 6 - Proyecto Mecánica de Fluidos PUC

Algunas habilidades desarrolladas

2008-06-15T22:21:00.000-07:00

Para desarrollar un proyecto semestral de esta magnitud, debimos poner en práctica muchos de los conocimientos adquiridos a lo largo de la carrera. Así también, tuvimos que aprender nuevas técnicas para llevar a cabo la construcción de la embarcación que, en su etapa final, dejó de manifiesto el conocido efecto Magnus. Uno de los problemas más importantes, fue encontrar fechas adecuadas para trabajar y en que todos pudieran asistir. Para aminorar este contratiempo, decidimos dividir tareas para maximizar la eficiencia del grupo y poder completar metas en el menor tiempo posible. El concepto de trabajo en equipo nos llevó a designar encargados del blog, de la compra y cotización de materiales, investigación teórica, etc. Estas competencias han sido aprendidas con anterioridad, pero el proyecto fue otra instancia para ponerlas en práctica y aprender un poco más sobre el trabajo en equipo. Respecto a la construcción misma, tuvimos que aprender algunas cosas en el camino, por ejemplo, la correcta utilización de una pistola de silicona, la cuál trabaja con corriente electrica para calentar el pegamento. Para nuestra embarcación, fue el unico material de unión capaz de ensamblar de manera permanente el plástico que la compone. Por otra parte, fuimos capaces de montar un circuito eléctrico, capaz de transmitir la potencia de los motores a los mástiles, el cual era un objetivo principal en la construcción de la embarcación. También descubrimos un conector que nos permite encender de manera rápida los mástiles, de poco peso para que no interfiera en el rápido desplazamiento del catamarán. Aprendimos sobre flotabilidad y los materiales que más nos podían servir, indagamos sobre los efectos viscosos del aire y del agua y conocimos distintos diseños de embarcaciones, las cuales tenian ventajas y desventajas. Todos estos conocimientos fueron de vital importancia para realización del proyecto, para la formación como ingenieros y como cultura general, tanto para quienes siguen en la especialidad de ambiental e hidráulica como para los que optamos por otras ramas de la ingenieria. Finalmente, podemos decir que comprobamos con nuestros ojos el poder del efecto Magnus y comprendimos la importancia de la mecánica de fluídos que está detrás de nuestro proyecto.

2008-06-14T19:06:00.001-07:00

Listo para navegar

2008-06-12T08:42:00.000-07:00

Principales resultados del proyecto:
Tras tener terminado el prototipo, podemos asegurar que nuestras metas fueron cumplidas, ya que pudimos poner en funcionamiento el modelo original que habíamos planeado: un catamarán que tuviese gran estabilidad debido a su forma y que además, por su composición, fuese muy liviano, logrando que se desplace con una velocidad alta.
Además cumplimos una meta adicional que fue el bajo costo monetario que resultó de la construcción, debido a la utilización de materiales reciclados que teníamos en nuestras casas y que no tuvimos que comprar.
También pudimos constatar que cumple con las restricciones del proyecto. La distancia de la línea de flotación está dentro de los márgenes que debía estar y el volumen desplazado cumple con el mínimo que debe tener.
Estas conclusiones las obtuvimos a través de pruebas que hicimos con el prototipo que correspondían principalmente a poner el modelo en una piscina y tomar las medidas que requeríamos (por ejemplo, la distancia de la línea de flotación). Para ver la estabilidad y la velocidad que alcanza, utilizamos un secador de pelo para generar el flujo de aire, con lo que pudimos simular un escenario bastante parecido al que va a haber el día de la prueba final.

A punto

2008-06-12T08:41:00.000-07:00

Con respecto al tiempo utilizado para la construcción del prototipo, nos tomo cuatro tardes en que todo el grupo se juntó en una casa tanto para en un principio tomar decisiones sobre el diseño y los materiales que ocuparíamos, luego construir el dispositivo mismo y después hacer las pruebas pertinentes que nos entregaron los errores que corregimos antes de tener el resultado final.

primeros logros

2008-06-08T22:39:00.001-07:00

mas trabajo

2008-06-07T09:10:00.000-07:00

trabajo grupal

2008-06-04T08:05:00.000-07:00

Procesos de Diseño II : Posibles Candidatos

2008-05-14T12:36:00.001-07:00

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

2008-05-14T12:28:00.000-07:00

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

2008-05-14T12:26:00.003-07:00

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:

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
Escoger materiales que minimicen el roce entre los fluidos (aire y agua) y la embarcacion.
Minimizar los costos de construccion y materiales del proyecto.
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

2008-05-14T12:26:00.001-07:00

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

2008-05-14T12:25:00.002-07:00

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!

2008-05-07T15:04:00.001-07:00

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

Eleccion del Primer Laboratorio

2008-04-25T13:40:00.001-07:00

Escogimos como primer laboratorio el Laboratorio del ORIFICIO.
Deberemos realizarlo el dia:

Martes 13 de Mayo, 2008

(buen dia)

Ahi estaremos a las 13:30.

Primeras Decisiones

2008-04-21T06:43:00.000-07:00

Hoy se abren las inscripciones para los laboratorios del semestre.
¿Cual elegir?
Dentro de nuestro criterio grupal creemos que debemos elegir los laboratorios que nos faciliten la comprensión y el llevar a cabo de una muy buena manera tanto nuestro proyecto como las interrogaciones del curso.
Al mismo tiempo, nos gustaría elegir un laboratorio que sea entretenido y motivante. Aunque como bien sabemos, no se puede tener todo en esta vida.
Esta tarde iremos a la secretaría del DIHA, esperamos tomar una buena decisión.

Las Tareas que se nos Vienen

2008-04-21T06:40:00.000-07:00

Para organizarnos de una mejor manera como grupo construimos una Carta Gant. De esta manera nuestros propósitos comunes serán mejor trabajados.

Nuestra Primera Visita al Laboratorio

2008-04-16T17:37:00.001-07:00

Hoy fue un gran día!
Realizamos nuestra primera visita al laboratorio de Ingeniería Hidraulica.
Partimos conociendo un proyecto del departamento y luego nos dirigimos al edificio de San Agustín para conocer las instalaciones donde realizaremos los dos laboratorios del semestre.
Se nos presentaron cuatro posibles experiencias, de las cuales debemos elegir el día lunes las dos que nos gusten más.
Necesitaremos del fin de semana para tomar una decisión, al menos tres de ellas nos parecieron muy interesantes.

Quienes somos

2008-04-16T17:36:00.002-07:00

Presentación de nuestro Proyecto

2008-04-16T17:36:00.001-07:00

Este semestre nos corresponde diseñar y construir una pequeña embarcación que cumpla con ciertos requisitos en relación a la potencia disponible y al presupuesto, el que idealmente no deberá sobrepasar los $15.000.

A grandes rasgos nuestra embarcación estará impulsada por dos motores y deberá ser diseñada para desplazarse sobre el agua minimizando las fuerzas hidrostáticas contratrias a su movimiento.

La potencia para moverlo se obtendrá a partir de una corriente de aire que soplará sobre mástiles rotativos de la embarcación, los cuales generarán un distribución de presiones perpendicular al viento denominada Efecto Magnus.

Esperamos llevar a cabo con mucho entusiasmo cada uno de los pasos a seguir en la construcción de este proyecto. Somos un grupo muy unido y esperamos ser el mejor grupo del semestre, creemos que esto está asegurado si trabajamos con dedicación y a tiempo.