0.iv ingenios voladores_ana_vallés_gianfrancopili_martacuesta

Ana VallésMarta Cuesta

Gian Franco Pili B.

I.OV_Ingenio Volador

Principios Físicos

El reto que suponía la creación de un ingenio volador lleva consigo la previa investigación de los principios físicos de la resistencia a la gravedad.

Primero debíamos comprender cómo se sostenía un avión en el aire. La clave de este misterio lo resuelve el Principio de Bernoulli que describe el movimiento de las corrientes de aire que al encontrarse con el ala del avión unas pasan por la parte superior, realizando un recorrido más largo mientras que otras se desplazan por la parte inferior recorriendo una distancia menor. Por lo tanto, para que ambas corrientes se junten al final del recorrido, el aire superior deberá moverse a mayor velocidad que el inferior obteniendo una zona de baja presión encima del ala que la eleva en el aire

Estudiamos la ley física que fundamenta el descenso en paracaídas. Se basa en una simple ecuación que relaciona la resistencia, la velocidad, la densidad del aire y la forma del objeto.

R=k*v2

Nuestro objetivo se convirtió así en conseguir una resistencia que superase a la fuerza de la gravedad.

0.IV_Ingenios Voladores Ana Vallés, Gian Franco Pili, Marta Cuesta

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Cilindro Volador

! Recordando momentos de nuestra infancia, nos acordamos de un peculiar avión de papel. Sólo se necesitaba un folio con unos pliegues en uno de sus lados largos que luego se enrollaba formando un cilindro. Los pliegues dan peso al cilindro para que mantenga una dirección constante.


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Investigamos cuáles eran las proporciones ideales para el cilindro:


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CilindroCilindro PlieguesPliegues

Diámetro Longitud Número Anchura Resultado

9,5 cm 8 cm 1 2 cm Vuelo descontrolado.Se necesita más peso

9,5 cm 8 cm 2 2 cm Mejora en el vuelo.Sin dirección constante por falta de peso en los pliegues.

9,5 cm 8 cm 3 2 cm La tercera vuelta mejora la estabilidad. Al darle más peso va más recto y a mayor velocidad.

9 cm 6 cm 3 2 cm Pierde estabilidad al ser más corto y menor diámetro.

9,5 cm 10 cm 3 2 cm Funciona mejor con la longitud anterior.

9 cm 8 cm 3 1,2 cm Cae más deprisa.Funciona mejor con el diámetro de 9,5.


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0

0,5

1

1,5

2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Trayectoria de vuelo del cilindro con alas

Altu

ra (m

)

Tiempo (s)


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Decidimos añadirle al cilindro unas alas para aumentar la resistencia al aire y así prolongar el tiempo de vuelo. Sin embargo, lo que conseguimos fue proporcionar al cilindro mayor estabilidad en el vuelo ya que las alas le impedían rotar sobre su propio eje y se convirtió, de este modo, en un planeador.

El material utilizado para construir las alas siempre coincidía con el del cilindro. Añadimos unas pajitas para dar a las alas consistencia ya que de por sí no se mantenían firmes. Variamos su forma con el objetivo de hacerlo más aerodinámico, pero no conseguimos un modelo de alas en el que el resultado mejorase notablemente.


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Tras el fracaso de las alas, buscamos una nueva forma de dar una v e l o c i d a d i n i c i a l a l c i l i n d r o introduciendo en él un globo hinchado que, al explotar, el aire contenido lo propulsase en la dirección contraria a la del aire. Sin embargo, éste mecanismo no fue eficaz ya que la propulsión conseguida era insuficiente y el cilindro apenas se movía.

VENTAJAS DEL CILINDRO CON ALAS:- Era un artefacto ligero.

INCONVENIENTES DEL CILINDRO CON ALAS:- Para que no se deformase, el cilindro necesitaba un material más pesado perdiendo la capacidad de vuelo.

- Al añadir las alas se convirtió en un simple avión de papel perdiendo la originalidad y creatividad que el enunciado del ejercicio pedía.

CONCLUSIÓN: E l c i l i n d r o d e p a p e l n o representaba una estructura ligera que desafiase a la gravedad sino que se presentaba como un artefacto tosco y sin ingenio.

Coche Cometa

! Continuando con la investigación de métodos de propulsión, pensamos en un artefacto que fuese remolcado por un cochecito de juguete. Nuestra idea consistía en enganchar un artefacto con una estructura que de por sí planease.

Después de unas pruebas iniciales, vimos que el cochecito no cogía velocidad suficiente para levantar el artefacto, así que ideamos un sistema de poleas que tirase del cochecito para darle la velocidad que necesitaba.

NINGUNA VENTAJA DEL COCHE COMETA

INCONVENIENTES DEL COCHE COMETA:- No alcanzaba la velocidad necesaria para iniciar el vuelo.

- Se necesitaba demasiado recorrido.- El modelo se asemejaba demasiado a un parapente.

CONCLUSIÓN: Al igual que con el cilindro, el artefacto no cumplía el enunciado del ejercicio y no contaba con una estructura innovadora que solo con mirarla pareciese que pudiese volar.


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Parachute

! Tras la falta de resultados del vuelo en horizontal decidimos continuar experimentando buscando una forma de propulsión vertical. Partiendo de esta idea decidimos que el artefacto ascendería a gran velocidad consiguiendo gran altura y ganando energía potencial de modo que, al llegar a su punto más alto, el aire hincharía una tela fija en un punto del artefacto, comenzando así un lento descenso.

Haciendo un razonamiento sobre los resultados que podríamos obtener nos dimos cuenta de que un lanzamiento vertical perfecto no iba a ser posible debido a que el centro de gravedad de la estructura que sostenía a la tela estaba demasiado alto, lo que desviaría la trayectoria del vuelo.


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Nuestro Desencadenante

! Llegamos a un punto en el que vimos que era necesario cambiar el enfoque de nuestra investigación. Nos habíamos alejado del objetivo del ejercicio: encontrar una ingeniosa y ligera estructura que presentara un desafío a la gravedad y que apoyada diese la impresión de que en cualquier momento echaría a volar.

Nos quedamos asombrados por los móviles de Calder y nos dimos cuenta de que nuestro objetivo debía ser conseguir una estructura que se equilibrara con el uso de formas no geométricas cuyos centros de gravedad no estuviesen contenidos en un eje de simetría. De esta forma, tendríamos que buscar el punto de equilibrio de la estructura en conjunto.

!


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Con este nuevo planteamiento y la referencia de Calder, pasamos a buscar un artefacto con una estructura alámbrica que contara con perímetros cerrados que estarían cubiertos con algún material ligero y que formara una superficie, buscando así conseguir que, al dejar caer la estructura, dichas superficies ofrecieran una resistencia al aire haciendo la caída mas lenta o consiguiendo que el objeto planease.

Nuestra primera aproximación fue una estructura con forma de pájaro teniendo presente la idea de las superficies que mantendrían al artefacto en el aire (las alas del pájaro).


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A partir de aquí, nos centramos en la búsqueda de un diseño que se adaptase a éstas nuevas exigencias.

Concluimos que la forma de un pájaro podría ser muy predecible para el concepto de un objeto que volase, así que focalizamos nuestra atención en la búsqueda de la forma inspirada en animales marinos. Sin embargo, tuvimos la idea, al ver como flotaba una hoja de un árbol, de basar nuestro diseño en ella.

Efecto Espiral! El resultado fue una abstracción de la misma que derivó en un triángulo escaleno de lados curvos. De esta forma, al igual que ocurre en las hojas, el centro de gravedad de cada u n a d e l a s p i e z a s s e encuentra en un lateral y no en el centro, de manera que al caer se produce un d e s e q u i l i b r i o q u e e s contrarrestado por la fuerza del aire y que da como resultado un descenso suave y lento.


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!


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CG

!


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Nuestro primer modelo consistía en tres tipos de pétalos (así llamaremos a las s u p e r f i c i e s d e resistencia al aire). Los tres con la misma forma y con el mismo m a t e r i a l p a r a e l perímetro, un alambre plano de color morado, y para la superficie de resistencia al a i r e , p a p e l d e c r o q u i s ; p e r o d e tamaños distintos y colocados en un mismo plano para conseguir la mayor resistencia posible.


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!

!


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Inesperadamente, al dejarlo caer, lo hizo rotando sobre un eje central. Esto se produjo por la posición de los centros de gravedad que no estaban perfectamente equilibrados y, como consecuencia, desestabilizaba el artefacto que comenzaba a girar.

!!


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VENTAJAS:

- Modelo aerodinámico por la forma elegida de los pétalos.

- Posición de los centros de gravedad incita al giro.

- Inicio de una estructura que desafía a la gravedad.

INCONVENIENTES:

- Mala relación entre el peso del alambre morado y el papel de croquis que no era capaz de ofrecer la resistencia necesaria para mantener el alambre.

- Giro incontrolado por la disposición al azar de los centros de gravedad.

CONCLUSIÓN:

Estábamos ya encaminados en la búsqueda de esa ingeniosa estructura que fuese sinónimo de levedad y equilibrio. Sin embargo, debíamos cambiar los materiales: o bien utilizar un alambre más fino o conseguir la relación adecuada entre el peso del alambre y la superficie que ofrece resistencia a la gravedad.

δέντρο

! Decidimos hacer una pausa en el desarrollo del diseño y nos centramos en el estudio de los materiales que podíamos usar.

Tipo de alambre

Ventajas Inconvenientes

Verde Dúctil Pesado

Rojo Muy ligero

Muy dúctil

Rojo doble

Dúctil Pesado

Plateado No dúctil Muy pesado

Morado Dúctil Pesado

Para elegir el material del pétalo, comprobamos cuál de los tres materiales que teníamos en mente (papel de croquis, de seda o film transparente) sostenía mejor el peso del alambre.

Material Resistencia al aire

Papel croquis

Desciende lentamente y de forma estable.

Papel de seda

Desciende como una pluma.Imprevisible.

Film transparente

Sin tensar no resiste al aire.Tenso ejerce una gran resistencia.


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Verde

Rojo

Rojo Doble

Plateado

Morado 2,00

1,00

2,00

1,00

0,50

38,8

64,8

18,8

9,4

27,2

Peso (g) δέντρο Diámetro (mm)


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Concluimos que el film transparente funcionaba mejor que el resto por su ligereza. Además, es un material que puede ser tensado de tal forma que se obtiene una superficie rígida, capaz de frenar la caída al convertirse en una buena superficie de sustentación.

! Sin embargo, el film transparente conllevaba una pregunta: cómo engancharlo al alambre de tal forma que quedase tenso y que no se soltara. Comprobamos que el pegamento no hacía efecto y que la única forma de conseguir que se pegase era uniendo film con film. Así que, con la ayuda de un elemento puntiagudo (un portaminas), fuimos solapando film sobre film hasta que quedó completamente fijado.

U n a v e z a n a l i z a d a s l a s características de cada material, optamos por el alambre morado debido a que su forma plana facilitaba el enganche de la superficie resistente al aire.


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Finalmente, elegimos cinco tipos de pétalos con funciones y materiales

distintos.


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Tamaño Función Materiales Perímetro Peso

XXL PlanearBase de la estructura

FilmAlambre morado

108 cm 139,68 g

XL Estabilizar la estructura.Bajar tiempo de descenso

FilmAlambre morado

70 cm 90,53 g

M Dar estabilidad.Compensar los pesos.

Papel de croquisAlambre rojo

54 cm 16,92 g

S Bajar el centro de gravedad.

Papel de croquisAlambre plano morado

36,9 cm 47,7g

XS Bajar el centro de gravedad.

Papel de croquisAlambre plano morado

18,6 cm 24,05 g

PESO TOTAL DEL ARTEFACTO: 318,88 (peso de las alas)+13,6 (peso de los enganches) = 332,48g PESO TOTAL DEL ARTEFACTO: 318,88 (peso de las alas)+13,6 (peso de los enganches) = 332,48g PESO TOTAL DEL ARTEFACTO: 318,88 (peso de las alas)+13,6 (peso de los enganches) = 332,48g PESO TOTAL DEL ARTEFACTO: 318,88 (peso de las alas)+13,6 (peso de los enganches) = 332,48g PESO TOTAL DEL ARTEFACTO: 318,88 (peso de las alas)+13,6 (peso de los enganches) = 332,48g


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0

15

30

45

60

75

90

105

120

135

150

XXL XL M S XS

234,556

24,05

47,7

16,92

90,53

139,68

18,6

36,9

54

70

108

Perímetro (m) Peso (g) Tiempo de caída (s)δέντρο


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Nuestro siguiente objetivo fue encontrar la posición de cada u n o d e l o s p é t a l o s e n l a estructura para hallar el punto de equilibrio. Los pétalos debían cumplir una serie de condiciones: que no estuvieran contenidos en u n m i s m o p l a n o , q u e s e estableciera una relación clara entre ellos planificando la manera en que cada pétalo resistiría al aire.

!


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Cálculo del Centro de Gravedad en Planta


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Estuvimos barajando las distintas formas de a p o y o d e l i n g e n i o . L a primera y más inmediata opción fue diseñar un pie q u e s o s t u v i e r a a l a estructura en un punto de equilibro. Sin embargo, nos planteamos una segunda posibilidad que consistía en colgarlo de un hilo de manera que el artefacto quedase suspendido en el aire desde un único punto. Ésta segunda opción incluía un aspecto más poético que e l a n t e r i o r a l d a r l a impresión de estar flotando.

! !


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Seguíamos necesitando diseñar una estructura que sujetase a nuestro artefacto. Se nos ocurrió realizar una base que podría ser de madera recubierta por una plancha de aluminio o de metacrilato. Finalmente optamos por emplear un taco de madera al que iba enganchada una barra, también de madera, e inclinada unos 45º aproximadamente. En el extremo de esta última quedaría enganchado un hilo de nylon del que colgaría la estructura.


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De esta forma dimos fin a éste proceso de investigación, diseño, y construcción de un artefacto volador, que desafía a la gravedad con una estructura de aparente inestabilidad en el que todas las partes que lo forman están en un perfecto equilibrio formando un todo. Un reto que en un principio se nos presentó casi como un imposible.


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Reflexión del texto de Greg Lynn “Levedad”

La creación de un ingenio volador es un proyecto ambicioso, más destinado a un ingeniero que a un arquitecto. Pero la relación que tiene los conceptos que se ven relacionados con un objeto volador con l a a r q u i t e c t u r a s o n r e a l m e n t e sorprendentes. Toda la arquitectura, tal y como explica Lynn, ha sido diseñada para mantenerse estática a lo largo del tiempo. Sin embargo, existe una arquitectura que va más allá de lo práctico e inmediato, que se atreve a dar un paso más. Esta arquitectura es aquella que estudia la gravedad, no como una única fuerza, sino como una composición de múltiples gravedades con las que un arquitecto debe jugar, estudiar y finalmente dominar para conseguir el equilibrio, la estabilidad deseada. Lo mismo sucede con nuestro artefacto volador.

Lo primero con lo que nos hemos topado ha sido con estas gravedades que en un principio, al igual que ha sucedido en la arquitectura a lo largo de la historia, las estudiamos como un único vector lo

que, consecuentemente, nos llevó por caminos alejados del equilibrio estático, de conseguir una estructura que de por sí desafiase a esa gravedad.

Fue al entender el concepto de múltiples gravedades cuando nuestro proyecto dio un giro de 180º. De hecho, en nuestro artefacto intentamos reflejar la acción que realizan las distintas gravedades al estar formado por múltiples piezas (pétalos). Es decir, cada uno de estos pétalos se enfrenta a una de las gravedades individualmente formando un sistema que en su conjunto ofrece una resistencia a esa múltiple gravedad. A cada pétalo la fuerza de esas gravedades le afecta de una forma distinta, de ahí que hayamos tenido que realizar un estudio de cada una de estas superficies por separado. Y al final, al unirlo en una estructura de apariencia frágil e inestable, se consigue un artilugio en el que hemos querido reflejar la levedad que menciona Greg Lynn en su texto entendida como el tratamiento de la gravedad como suma de gravedades.


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Documents

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