PROYECTO COHETE HIDRÁULICO

COHETE MACALI

FISICA TERMODINÁMICA

PROFESOR JAVIER BOBADILLA

PRESENTADO POR

CAROLINA RODRIGUEZ

MARIA EUGENIA RINCON

LINA GAMEZ

ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES “ECCI”

BOGOTÁ D.C., NOVIEMBRE DE 2013

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Diseñar y construir un dispositivo funcional el cual se desempeñe como cohete de propulsión a chorro usando como elemento propulsor agua liquida, para ello se utilizaron materiales sencillos y de un costo bajo, con esto se pretende verificar experimentalmente los principios físicos ivolucrados en el funcionamiento mismo.

OBJETICOS ESPECIFICOS

Diseñar y construir un dispositivo funcional que se desempeñe como un cohete de propulsión a chorro usando como elemento propulsor agua, y aplicando aire comprimido.

Por medio de este proyecto, podremos aplicar el principio de pascal, el cual hace referencia a que la presión ejercida sobre la superficie de un líquido contenido en un recipiente cerrado se trasmite a todos los puntos del mismo con la misma intensidad.

Evidenciar atreves del cohete los principios de movimiento uniforme acelerado y las ecuaciones de tiro parabólico.

Adquirir conocimiento a nivel histórico. Descubrir la relación entre teoría y práctica. Comprender como aplicamos las Leyes de movimiento (Inercia, Fuerza y

Acción reacción). Comprender para qué sirve el agua dentro del cohete Macali y cuál es su

reacción al momento de suministrarle presión. Adquirir habilidad para predecir y verificar resultados. Adquirir habilidad para hacer volar al cohete Macali de acuerdo a la historia que

tenemos desde el inicio de estos. Comprender la importancia de la comunicación al desarrollar un trabajo en

equipo al momento de intercambiar información sobre las variables de cómo hacer volar al mismo.

Analizar las variables según ensayos realizados para el cambio de las mismas.

MEDIBLE Y ALCANZABLE

SECUENCIA DE VUELO

1) Ignición a presión remota y despegue2) Aceleración3) Vuelo inercial y seguimiento4) Altitud máxima (apogeo) y eyección5) Despliegue del sistema de recuperación 6) Aterrizaje

VERIFICABLE

El objetivo de la verificación es mejorar la calidad del cohete; que son generados durante el desarrollo y así lograr modificar sus fallas.Esta más enfocada a lo que es el proceso de evaluar fallas o errores que se cometen durante su elaboración con el fin de lograr un mejor cohete.

Construir el sistema correctamente según secuencias investigadas; siempre sacando lo mejor de cada una.

Descubrir y corregir errores en el cohete creado. Tipos: estática, movimientos y dinámica Criterios a verificar. Consistencia: vigilar que la información sea coherente Precisión: corrección de la sintaxis. Errores morfológicos. Completitud: lagunas en capacidad deductiva. Identifica desviaciones con estándares y requerimientos. Recolecta datos para mejorar el proceso (es opcional). Verifica que el producto cumpla con los estándares que este debe incluir en su

elaboración.

ANTECEDENTES SOBRE EL TEMA

La historia completa de la tecnología del cohete es muy larga para cubrirla aquí. Entre la I y la II Guerras Mundiales, especialmente en los años 30, hubo activos clubs de entusiastas de los cohetes en Alemania, Estados Unidos, Rusia y otros países. Se diseñaron cohetes experimentales, se probaron, y algunas veces los hicieron volar. Algunos de los experimentos usaban combustible líquido, aunque también se desarrollaron cohetes de combustible sólido. En estos últimos, el combustible se quemaba gradualmente (como en los antiguos cohetes de pólvora) y el contenedor de combustible estaba presurizado, proporcionando el gas caliente directamente hacia la tobera De-Laval.

En la década de 1960, el Japón importó cohetes de agua de juguete fabricados en Alemania y los Estados Unidos. A mediados de 1980 se realizaron competiciones de cohetes de agua en Escocia.

Las botellas de polietileno tereftalato (PET) para bebidas gaseosas, que es el material que se utiliza generalmente para fabricar cohetes de agua, fueron empleadas por primera vez en 1974 en los Estados Unidos de América y su uso aumentó rápidamente a medida que se difundían entre los consumidores. Posiblemente, el primer material impreso acerca de la construcción de cohetes de agua con botellas de PET apareció en la edición de agosto de 1983 de la revista estadounidense “Mother Earth News”.

PARTE TEÓRICA FUNDAMENTADA

En los cohetes de agua su propulsión y aerodinámica son factores importantes para el comportamiento del vuelo del mismo.

El cohete vuela por el resultado del agua que está siendo expulsada por el aire comprimido

Las aletas en el cohete sirven para trasladar el centro aerodinámico hacia atrás en relación con el centro de gravedad.

A continuación veremos la secuencia del funcionamiento del cohete,

En nuestro proyecto a pesar de que no logramos que el cohete llegará al punto que se esperaba, pudimos aprender un poco mas acerca de las variables que hay que tener en cuenta para el lanzamiento, aplicando los conocimientos acerca de la teoría vista en física, como movimiento parabólico semi parabólico etc, a continuación algunas de fotos de nuestro proyecto

MARCO TEORICO

Un cohete de agua o un cohete hidráulico es un tipo de cohete de modelismo que usa agua como propelente de reacción. La cámara de presión, motor del cohete, es generalmente una botella de plástico. El agua es lanzada fuera por un gas a presión, normalmente aire comprimido, lo que impulsa el cohete según la 3ª ley de Newton. la cual establece que,

Propulsión de un cohete de agua es la ley de la conservación de la cantidad de movimiento, que es otra forma de llamar a la 3ª ley de Newton o principio de acción-reacción. Este principio establece que en ausencia de fuerzas externas la cantidad de movimiento de un sistema, p, que es el producto de su masa por su velocidad, permanece constante o lo que es lo mismo su derivada es igual a cero: La propulsión del cohete de agua puede esquematizarse como un sistema en el cual se va a producir la expulsión hacia atrás de una parte de su masa (el agua) lo que provocará un empuje que propulsará al resto del sistema hacia delante (acción-reacción), compensándose la cantidad de movimiento total del sistema. La energía mecánica necesaria para la expulsión de esta fracción de masa se almacena en el sistema como energía potencial en forma de gas a presión. Con la expulsión esta energía se irá convirtiendo en energía cinética, las del movimiento del agua y el cohete. 

Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre otro objeto, el segundo objeto ejerce sobre el primero una fuerza igual y en sentido opuesto.Una de las fuerzas se llama fuerza de acción y la otra, fuerza de reacción. No importa a cuál de ellas llamemos acción y a cuál reacción. Lo importante es que ambas son partes de una sola interacción y que ninguna de las dos existe sin la otra. Las fuerzas tienen la misma intensidad y sentidos opuestos. La tercera ley de Newton se suele enunciar como: "a toda acción le corresponde una reacción de igual magnitud y en sentido contrario".

En toda interacción las fuerzas se dan por pares. Por ejemplo, tú interactúas con el piso cuando caminas sobre él. Empujas al piso y éste te empuja al mismo tiempo. De forma análoga, los neumáticos de un auto interactúan con el pavimento para producir el movimiento del vehículo. Los neumáticos empujan el pavimento y éste empuja simultáneamente los neumáticos. Cuando nadas interactúas con el agua. Tú empujas el agua hacia atrás y el agua te impulsa hacia adelante. En cada interacción participan dos fuerzas. Observa que en estos ejemplos las

interacciones dependen de la fricción. Por ejemplo, es probable que una persona que intenta caminar sobre el hielo, donde la fricción es mínima, no consiga ejercer una fuerza de acción contra el hielo. Sin la fuerza de acción no puede haber una fuerza de reacción, y sin ésta no se produce un movimiento de avance.

Con este proyecto se busca aprendan a elaborar un cohete de agua mediante los conceptos enseñados teniendo en cuenta las experiencias prácticas con los elementos que les brinda la naturaleza y el implemento de la tecnología.

Asimismo nos incentiva a usar de la imaginación y la creatividad para construir un cohete de agua el cual nos permite explorar y poner en práctica los conocimientos adquiridos.

Conceptos Básicos

PRESIÓN

Presión es la fuerza normal por unidad de área, y está dada por:

Donde P es la fuerza de presión, F es la fuerza normal es decir perpendicular a la superficie y A es el área donde se aplica la fuerza.

Las unidades de presión son:En el Sistema Internacional de unidades (S.I.) la unidad de presión es el pascal que equivale a la fuerza normal de un newton cuando se aplica en un área de metro cuadrado. 1pascal = 1N/m 2 y un múltiplo muy usual es elkilopascal (Kpa.) que equivale a 100 N/m 2 o 1000 pascales y su equivalente en el sistema inglés es de 0.145 lb./in 2 .

PRESIÓN DE UN FLUIDOUn sólido es un cuerpo rígido y puede soportar que se le aplique fuerza sin que cambie sensiblemente su forma, un líquido solo puede soportar que se le aplique fuerza en una superficie o frontera cerrada si el fluido no esta restringido en su

movimiento, empezará a fluir bajo el efecto del esfuerzo cortante en lugar de deformarse elásticamente.La fuerza que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente que lo contiene actúa siempre en forma perpendicular a las paredes.

Los líquidos ejercen presión en todas direcciones.

La presión de un líquido a cierta profundidad es la misma en todo el fluido a ésa profundidad y es igual al peso de la columna del fluido a esa altura.

Tiro parabólico

El tiro parabólico es un movimiento que resulta de la unión de dos movimientos: El movimiento rectilíneo uniforme (componentes horizontales) y, el movimiento vertical (componente vertical) que se efectúa por la gravedad y el resultado de este movimiento es una parábola. El tiro parabólico, es la resultante de la suma vectorial de un movimiento horizontal uniforme y de un movimiento vertical rectilíneo uniformemente variado

Aire

Se denomina aire a la mezcla de gases que constituye la atmósfera terrestre, que permanecen alrededor del planeta Tierra por acción de la fuerza de gravedad. El aire es esencial para la vida en el planeta. Es particularmente delicado, fino, etéreo y si está limpio transparente en distancias cortas y medias.

En proporciones ligeramente variables, está compuesto por nitrógeno (78%), oxígeno (21%), vapor de agua (0-7%), ozono, dióxido de carbono, hidrógeno y gases nobles comokriptón y argón; es decir, 1% de otras sustancias.

PROCESO PARA LA ELABORACIÓN DEL COHETE

Reunimos los materiales y empezamos a armarlo pieza por pieza.

MATERIALES2 Botellas Platicas de H2OVálvula TRA415siliconaContac para forrarCarton Cartulinabisturibomba de inflar llantasuna base de lanzamiento

tijeras

PASOS A SEGUIR PARA SU FUNCIONAMIENTO.

Llenado del cohete con el combustible a utilizar

Se procede a llenar el cohete con el combustiblePrimeramente se lleno la botella de 3 ml de agua aproximadamente, por medio de este liquido se debía producir el principio de acción y reacción, se realizaron varias pruebas con diferentes cantidades de agua ya que nos dimos cuenta que al agregarle una mayor cantidad de agua al cohete, y al aplicarle la presión del aire; este adquiría mucha potencia y llegaba a una parte muy lejos. El combustible en

este caso es de vital importancia ya que si se logra aplicar una cantidad determinada, se logra la precisión necesaria.

La válvula

Una ves cargado nuestro cohete con la medida de agua calculada se procede a tapar la botella con a válvula, el buen funcionamiento de esta es de vital importancia, debe quedar lo más hermético posible para que en el momento de aplicar el aire no pierda, el agua introducida. Entre más a presión este la válvula más presión de aire soportara

Inflado y despegue.

Una vez puesta la válvula en el cohete y esta ser conectada a la bomba de aire, procedemos a colocar nuestro cohete en la base, la cual tiene una inclinación de 45 grados. Y comenzamos a aplicar el aire al cohete. Como sabemos la presión es una magnitud física que mide la fuerza por magnitud por unidad de superficie y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie. Al alcanzar la presión necesaria, la válvula es expulsada y se logra el despegue del cohete.

CONCLUSIONES

Aprendimos a armar un cohete con el fin de que este volara proporcionando un arco (parabólico)

Con la construcción de este cohete logramos adquirir conocimiento experimentalmente

Concluimos que entre más agua se le suministre mayor será su distancia recorrida.

Adquirimos conocimiento para un futuro como ingenieras industriales, aportar a la cohetería según nuestro campo o desde nuestro punto de vista.

Concluimos que la práctica hace al maestro. (entre más se ensaya, obtengo precisión al momento del lanzamiento.

Concluimos que según la fuerza con que se agite la bomba el cohete tendrá diferentes puntos de caída.

BIBLIOGRAFÍA

http://www.gdescalzo.com.ar/conceptos_iniciales.htm

http://www.bing.com/search?q=VERIFICAR&go=&qs=ds&form=QBRE

http://aeronauticamasastronomia.blogspot.com/2008/06/cohetes-artesanales.html