PROYECTO COHETE HIDRÁULICO

LUISA FERNANDA HINCAPIE EDWIN TEJEROS

JUAN LOAIZA

PROFESORJAVIER HUMBERTO BOBADILLA AHUMADA.

ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES ECCITECNOLOGIA DE GESTION DE PROCESO INDUSTRIALES.

FISICA TERMODINAMICA BOGOTA D.C.

2015

PROYECTO COHETE HIDRÁULICO

CONTENIDO

1 INTRODUCCION..................................................................................................................4

2 OBJETIVOS PROYECTO........................................................................................................5

2.1 OBJETIVO GENERAL.........................................................................................................5

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS...................................................................................................5

3 MARCO TEORICO................................................................................................................6

4 DESARROLLO DEL PROYECTO..............................................................................................8

4.1 DESARROLLO DEL PROYECTO- PASO A PASO....................................................................8

5 PRUEBAS DE LANZAMIENTO.............................................................................................12

6 PRESENTACION DEL COHETE.............................................................................................13

7 CONCLUSION....................................................................................................................14

8 BIBLIOGRAFIA...................................................................................................................15

1 INTRODUCCION

Este trabajo está basado en un cohete que se impulsa por medio de una propulsión que es generada por un mecanismo diseñado artesanalmente. Con el fin de que la aceleración nos permita escapar de las fuerzas de atracción gravitacional. Básicamente se trata de un cohete impulsado por la presión que ejerce el aire en el agua. Este cohete se encuentra tapado con una válvula de carro, adaptada de tal forma que cuando esté llena de agua le introducimos aire por medio de una bomba de tal manera que cuando sea retirada dicha bomba el cohete se va a impulsar hacia arriba obteniendo una dirección, la cual determinaremos en las pruebas de lanzamiento En los ensayos podemos colocar determinado por el profesor.

2 OBJETIVOS PROYECTO.

2.1 Objetivo general

Diseñar un cohete con materiales totalmente reciclables con el fin de cuidar el medio ambiente, con el propósito de Determinar y analizar el empuje, la presión y la fuerza ejercida por un fluido mediante una carga represada. Con la cual podemos lograr la elevación de un cohete hidráulico practicado en una botella plástica por medio de agua.

2.2 Objetivos Específicos

Elaborar procedimientos en base a las especificaciones de construcción, el diseño de cohete y Ejecución las pruebas de lanzamiento.

Comprender el funcionamiento de la tercera ley de Newton, comprendida como el principio de acción y reacción.

Llevar a cabo una profundización en el tema de los fluidos en algunos elementos y principios de la física.

analizar e implementar las leyes de movimiento como lo es el tiro parabólico para lograr una caída perfecta.

Prepararnos en nuestras habilidades como ingenieros colocando en práctica los temas sencillos pero a su vez importantes como lo es la física.

Reconocer y aplicar los conceptos dados en el proyecto para colocarlos en práctica en nuestra profesionalidad.

3 MARCO TEORICO

Un cohete de agua o un cohete de botella 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.

El principio que explica la 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:

De esta ley, con los oportunos pasos matemáticos y sustituciones, se deriva la ecuación del cohete de Tsiolskovski:

Donde v es la velocidad instantánea, v_u la velocidad de salida del fluido por la boca, m_0 la masa total inicial y m la masa en cada momento.

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.

La expansión del aire comprimido se produce relativamente deprisa, unos 0,2 s, lo que no permite un intercambio térmico, por lo que esta expansión puede considerarse un proceso adiabático. Aplicando esta consideración se puede derivar la fórmula que describe la fuerza

teórica que sigue el agua al ser expulsada (la ecuación de la tobera De Laval) que será de la misma intensidad que la que empuja al cohete, quedando así:

Donde F es la fuerza de propulsión, r es el radio de la boca y P la diferencia de presión entre el interior y el exterior.

Además en su movimiento el cohete estará sometido a la fuerza de la gravedad y a la resistencia producida por la fricción con el aire que depende de las leyes de la fluidodinámica.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE COHETES

El origen del cohete es probablemente oriental.

La primera noticia que se tiene de su uso es del año 1232, en la China y fue introducido en Europa por los árabes. Durante los siglos XV y XVI fue utilizado como arma incendiaria. Posteriormente, con la extensión de la artillería, el cohete bélico desapareció hasta el siglo XIX, y fue utilizado nuevamente durante las guerras napoleónicas. A finales del siglo XIX y principios del siglo XX, aparecieron los primeros científicos que vieron el cohete como sistema para propulsar vehículos aéreos espaciales tripulados, entre los cuales cabe destacar al ruso Konstantin Ciolkovskij, al alemán Hermann Julius Oberth y al estadounidense Robert Hutchings Goddard, y, más tarde a los rusos Sergej Korolev y Valentin Gruchensko y al alemán Wernher von Braun.

Este último desarrolló durante la Segunda Guerra Mundial los cohetes V-1 y V-2 (A-4 en la terminología alemana), que constituyeron el núcleo de las investigaciones norte-americanas y soviéticas de la posguerra.

Si bien es cierto que, inicialmente se desarrollaron cohetes específicamente destinados a usos militares, los programas espaciales que pusieron en marcha soviéticos y estadounidenses, se basaron en cohetes diseñados con finalidades propias de la astronáutica, entre los que hay que destacar, por parte norte-americana, el Atlas, el Agena, el Thor 2, el Atlas-Centaur, la serie Delta, los Titán y Saturno (entre los cuales el Saturno-V, que hizo posible el programa Apollo), y, por parte soviética, los cohetes designados, por las letras A, B, C, D y G (estos dos últimos tuvieron un papel equivalente a los Saturno norte-americanos).

Otros países que han construido cohetes, en el marco de un programa espacial propio, son Francia, Gran Bretaña (que lo abandonó), Japón, China, Brasil y la India, así como el consorcio europeo que constituyó la Agencia Espacial Europea (ESA), que ha construido y explotado el cohete lanzador Ariane.

PRINCIPIO DE PASCAL:

La aplicación de esta ley puede observarse en diversos dispositivos que apelan a la energía hidráulica. De acuerdo a lo advertido por Pascal, el agua que

ingresa a un recipiente con las características mencionadas, puede ser expulsada por cualquier agujero que tengan a la misma presión y velocidad.

 

TERCERA LEY DE NEWTON:

Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, el segundo objeto ejerce una fuerza de igual magnitud y dirección opuesta sobre el primero.  Con frecuencia se enuncia como “A cada acción siempre se opone una reacción igual”.  En cualquier interacción hay un par de fuerzas de acción y reacción, cuya magnitud es igual y sus direcciones son opuestas. Las fuerzas se dan en pares, lo que significa que el par de fuerzas de acción y reacción forman una interacción entre dos objetos.

TIRO PARABOLICO:

La composición de un movimiento uniforme y otro uniformemente acelerado resulta un movimiento cuya trayectoria es una parábola.

Un MRU horizontal de velocidad vx constante. Un MRUA vertical con velocidad inicial voy hacia arriba.

Este movimiento está estudiado desde la antigüedad. Se recoge en los libros más antiguos de balística para aumentar la precisión en el tiro de un proyectil.

Denominamos proyectil a todo cuerpo que una vez lanzado se mueve solo bajo la aceleración de la gravedad.

AERODINAMICA:

La aerodinámica se desarrolla a partir de las ecuaciones de Newton . Con las ecuaciones de continuidad, cantidad de movimiento y energía se pueden obtener modelos que describen el movimiento de los fluidos. Un caso particular ocurre cuando el movimiento del fluido es estacionario, es decir, las propiedades del fluido sólo cambian con la posición en el campo fluido pero no con el tiempo, y cuando además se puede despreciar la viscosidad del fluido.

4. DESARROLLO DEL PROYECTO.

Empezaremos por definir cada uno de los materiales para el desarrollo de la construcción del cohete hidráulica, de acuerdo a lo investigado.

MATERIALES

2 botellas de 600 ml

Cinta transparente delgada

Tijeras

Bisturí

Regla

Cartón plástico

Tapa de botella “vive 100”

Silicona y pistola de silicona

Súper bonder

Al tener todos los materiales vamos a realizar el procedimiento para formar nuestro cohete.

3.1 DESARROLLO DEL PROYECTO- PASO A PASO

Vamos a realizar el corte superior de una botella para colocarla en la segunda como lo podemos visualizar en las siguientes fotografías

Una vez realizado el corte se pega la botella con súper bonder en la parte inferior de la botella en la segunda como lo vemos en la siguiente foto.

Se utiliza una tapa de una botella de “vive 100” para la punta del cohete, como se muestra en la figura.

se le pegan a la botella como se muestra en la figura

Se le coloca la válvula de referencia TR 415

EVIDENCIA DEL COHETE

4 PRUEBAS DE LANZAMIENTO

De acuerdo con la información recopilada a lo largo del semestre empezamos a seguir las pautas para el inicio del lanzamiento. El procedimiento que realizamos se describe a continuación;

Toma de distancia de lanzamiento referencia mitad de cancha de microfútbol.

Medición de cantidad de agua.

Toma de lectura de grado de inclinación.

Toma de lectura de pedalazos de presión aplicada a la botella.

Estos aspectos fueron importantes en la generación de nuestros lanzamientos los cuales los describimos así;

LANZAMIENTO COHETElanzamiento 1 lanzamiento 2 lanzamiento 3

Grados 45º 45º 45ºbombasos 20 30 40

Agua 20mml 25mml 22mml

Dsitancia salio de cancha aprox. 17 m aprox. 14m

Durante los tres ensayos no pudimos llegar al punto deseado la presión y la cantidad de agua juega una parte fundamental en este proceso.

5 PRESENTACION DEL COHETE.

Se realiza presentación del cohete el viernes 8 de noviembre, donde iniciamos con dos ensayos que podemos concluir así:

LANZAMIENTO COHETElanzamiento 1 lanzamiento 2

Grados 30º 35ºBombazos 9 15

Agua 20mml 25mml

Dsitancia aprox. 15 m aprox. 17 m

Posterior a esto se empieza el concurso para determinar el ganador.

Se realizan algunos ajustes en la inclinación de la base y finalmente en nuestros lanzamientos obtuvimos los siguientes resultados:

LANZAMIENTO COHETElanzamiento 1 lanzamiento 2 lanzamiento 3

Grados 35º 35º 35ºbombazos 13 15 16

Agua 20mml 25mml 22mml

Puntos 100 100 30

6 CONCLUSION

En la realización del proyecto podemos concluir que la fabricación del cohete hidráulico el objetivo principal, es que vuele por medio de la presión y el agua, dependiendo del peso y su estructura; se realizó la medición exacta del agua para que al introducir el aire por medio de una bomba este cumpla un papel importante para llegar a la meta propuesta con respecto al desplazamiento.

Durante el desarrollo del proyecto pudimos evidenciar la aplicación de la física y los temas vistos en clase con el objetivo de realizar un análisis y cálculos con variables presentes en el medio ambiente que influyeron para la generación de un tiro parabólico.

 PASOS A SEGUIR PARA SU FUNCIONAMIENTO. Llenado del cohete con el

agua a utilizar Se procede a llenar el cohete con el combustible Primeramente

se llenó la botella de 3 ml de agua aproximadamente, por medio de este líquido

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 vez cargado

nuestro cohete con la medida de agua calculada se procede a tapar la botella

con la 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.

7 BIBLIOGRAFIA.

La información la hemos sustraído de las siguientes páginas web y libro de manual para hacer cohetes;

http://los-cohetes.8k.com/nocion/nocion.htm https://2mp.conae.gov.ar/descargas/Materiales%20/Cohetes_de_Agua-

Manual_del_Educador.pdf http://youtu.be/a_N2l-GwS3A