Estimacion Experimental
Experimentalmente obtuvimos que el barco se demora aproximadamente 17 segundos en cruzar los 5 metros. Logramos verificar que a los 13.50 segundos de nuestra estimación el barco llego a recorrer una distancia cercana a los 4.80 metros. Con esto se puede concluir que el análisis realizado es correcto con un pequeño error experimental el cual se puede haber visto afectado por el oleaje que se crea por el movimiento del bote el cual genera una mayor resistencia al movimiento del barco.
Equilibrio y Estabilidad
Como hemos aprendido en la primera parte del curso, cuando un cuerpo se encuentra sumergido en un fluido existen 2 principales fuerzas que son el peso del objeto y el empuje y para que exista equilibrio en el objeto la sumatoria de fuerzas debe ser 0, es decir,
Ahora la estabilidad del objeto se encuentra determinada por varios factores que explicaremos a continuación. Existen 2 puntos importantes, uno es el centro de carena, que es centro de inercia del volumen sumergido y el centro de gravedad. Cuando el objeto cambia de posición, el centro de carena se desplaza a un nuevo lugar por lo que cambia la condición de estabilidad dado que el peso se aplica en el centro de gravedad y el empuje se aplica en el centro de carena. La estabilidad de la estructura tiene que ver con los pares de momentos que generan las fuerzas anteriormente mencionadas como se muestra a continuación.
cual se efectúa el giro es el metacentro M. Entonces cuando si M está por sobre CG el equilibrio es estable y si M está por debajo de CG el equilibrio es inestable. Entonces podemos definir la estabilidad del cuerpo de la siguiente manera.
En base a lo anterior podemos comenzar la preparación para el diseño de nuestra embarcación. Sabemos que la embarcación debe tener una casco, una la botella y su plataforma de sustentación y por ultimo con un cierto tamaño no surmegido, entones aplicando la condición de equilibrio a las fuerzas presentes obtenemos que:
Donde ρ es la masa especifica, V el volumen y W el peso. Más adelante se comentara de esto aplicandolo al diseño del barco.
Estructura de trabajo
A continuacion se presenta la carta gantt que realizamos como esquema de trabajo.
El esquema anterior muestra la forma en que distribuiremos el trabajo.
PROYECTO SEMESTRAL MECÁNICA DE FLUIDOS DEFINICION DEL ENCARGO
ESCUELA DE INGENIERÍA
DEPTO. ING. HIDRÁULICA y AMBIENTAL
ICH-1102. MECÁNICA DE FLUIDOS
SEGUNDO SEMESTRE DE 2009
Sección 1 y 2: Profesores: Rodrigo Cienfuegos y Cristián Escauriaza
Instructor: Gastón Espinoza
CONSTRUCCION DE UN PROTOTIPO DE UNA EMBARCACION PEQUEÑA A ESCALA
Entrega 1:
Objetivo del proyecto:
El desafío del proyecto, para el segundo semestre del 2009, consiste en realizar un diseño y elaborar un prototipo de una pequeña embarcación a escala que cumpla con algunas consideraciones y reglas en relación a potencia disponible para impulsarlo, presupuesto y tamaño de quilla. Esta embarcación debe flotar de manera estable y moverse en forma controlada cuando es empujado. En la evaluación se consideraran aspectos como la estabilidad y flotación de la embarcación, el desempeño hidrodinámica de esta, la manera en que se aprovecha la energía potencial contenida en el estanque y la calidad de las terminaciones de la embarcación, del sistema de propulsión y la originalidad del diseño. Además se realizará una competencia final en la cual se probarán las embarcaciones y el sistema de propulsión en una piscina especialmente habilitada para ello. Ganará la competencia aquella embarcación que recorra 5m en el menor tiempo cumpliendo con las restricciones y condiciones establecidas.
Diseño:
Restricciones establecidas para el diseño:
· No existen restricciones en cuanto a peso, materiales, dimensiones o forma de la embarcación.
· El costo de los materiales empleados para su fabricación no debe sobrepasar los $15.000 (se deben adjuntar facturas o boletas con el costo de materiales utilizados). El DIHA reembolsará un máximo de $13.000 por grupo.
· La embarcación debe ser capaz de transportar 1.0 lt de agua en una botella desechable de 1.0 lt de Coca-Cola.
· Cada grupo debe definir la ubicación del recipiente sobre la cubierta (la botella puede estar pegada o adosada a la cubierta pero debe ser colocado en sentido vertical).
· La embarcación debe contar con un elemento tipo placa para recibir el impacto de un chorro en su parte posterior a 10cm sobre la línea de flotación. Esta placa puede tener la forma que quieran, pero debe ser posible desplazarla verticalmente 3cm hacia arriba y 3cm hacia abajo para ajustarla a la posición del chorro.
· La embarcación debe ser mono-casco.
Estando cargada, la embarcación debe ser capaz de flotar en las siguientes condiciones:
· La línea de flotación debe situarse a 5cm de la cubierta donde está situada la botella de Coca-
Cola.
· Debe permanecer estable frente a solicitaciones, sin volcarse lateralmente ni en el sentido longitudinal, permaneciendo el eje principal del aparato horizontal.
La embarcación debe ser diseñada para desplazarse sobre el agua minimizando las fuerzas hidrodinámicas contrarias a su movimiento. La potencia para moverlo se obtendrá a partir de un chorro de agua. Para ello se considera lo siguiente:
· El chorro se produce desde un pequeño estanque que contiene 15 litros de agua. La cota inicial del espejo de agua respecto del suelo de la superficie libre estará a 2.0 m. A todos los grupos se les proporcionará el estanque el que estará montado en una estructura construida por el DIHA.
· Cada grupo decidirá como aprovecha esta energía potencial para lograr la mayor potencia de impacto del chorro de salida sobre la placa que impulsará la embarcación.
· La embarcación será probada en un canal cuya superficie libre estará a 40 cm del nivel del suelo. El impacto del chorro sobre la placa montada en su parte posterior generará el impulso necesario para moverlo.
· En estas condiciones la embarcación debe desplazarse en forma controlada sin desviarse por una distancia de 5 metros.
La embarcación debe contar con todos los elementos que considere necesarios para lograr la estabilidad y comportamiento hidrodinámico pedidos.
Consideraciones para el diseño:
La primera consideración decidida por el grupo, fue que utilizaremos como material general para la realización de la embarcación, plumavit de alta densidad. Esto debido a dos razones fundamentales: la primera es que el plumavit, tiene una densidad mucho más baja que la madera (ρplumavit = 30 kg/m³ contra ρmadera = 150 kg/m³), la segunda es la mayor facilidad de trabajo que nos entrega el plumavit, al ser mucho más moldeable. Además utilizaremos madera de balza, para la construcción de la placa que será golpeada por el chorro.
DEPTO. ING. HIDRÁULICA y AMBIENTAL
ICH-1102. MECÁNICA DE FLUIDOS
SEGUNDO SEMESTRE DE 2009
Sección 1 y 2: Profesores: Rodrigo Cienfuegos y Cristián Escauriaza
Instructor: Gastón Espinoza
CONSTRUCCION DE UN PROTOTIPO DE UNA EMBARCACION PEQUEÑA A ESCALA
Entrega 1:
Objetivo del proyecto:
El desafío del proyecto, para el segundo semestre del 2009, consiste en realizar un diseño y elaborar un prototipo de una pequeña embarcación a escala que cumpla con algunas consideraciones y reglas en relación a potencia disponible para impulsarlo, presupuesto y tamaño de quilla. Esta embarcación debe flotar de manera estable y moverse en forma controlada cuando es empujado. En la evaluación se consideraran aspectos como la estabilidad y flotación de la embarcación, el desempeño hidrodinámica de esta, la manera en que se aprovecha la energía potencial contenida en el estanque y la calidad de las terminaciones de la embarcación, del sistema de propulsión y la originalidad del diseño. Además se realizará una competencia final en la cual se probarán las embarcaciones y el sistema de propulsión en una piscina especialmente habilitada para ello. Ganará la competencia aquella embarcación que recorra 5m en el menor tiempo cumpliendo con las restricciones y condiciones establecidas.
Diseño:
Restricciones establecidas para el diseño:
· No existen restricciones en cuanto a peso, materiales, dimensiones o forma de la embarcación.
· El costo de los materiales empleados para su fabricación no debe sobrepasar los $15.000 (se deben adjuntar facturas o boletas con el costo de materiales utilizados). El DIHA reembolsará un máximo de $13.000 por grupo.
· La embarcación debe ser capaz de transportar 1.0 lt de agua en una botella desechable de 1.0 lt de Coca-Cola.
· Cada grupo debe definir la ubicación del recipiente sobre la cubierta (la botella puede estar pegada o adosada a la cubierta pero debe ser colocado en sentido vertical).
· La embarcación debe contar con un elemento tipo placa para recibir el impacto de un chorro en su parte posterior a 10cm sobre la línea de flotación. Esta placa puede tener la forma que quieran, pero debe ser posible desplazarla verticalmente 3cm hacia arriba y 3cm hacia abajo para ajustarla a la posición del chorro.
· La embarcación debe ser mono-casco.
Estando cargada, la embarcación debe ser capaz de flotar en las siguientes condiciones:
· La línea de flotación debe situarse a 5cm de la cubierta donde está situada la botella de Coca-
Cola.
· Debe permanecer estable frente a solicitaciones, sin volcarse lateralmente ni en el sentido longitudinal, permaneciendo el eje principal del aparato horizontal.
La embarcación debe ser diseñada para desplazarse sobre el agua minimizando las fuerzas hidrodinámicas contrarias a su movimiento. La potencia para moverlo se obtendrá a partir de un chorro de agua. Para ello se considera lo siguiente:
· El chorro se produce desde un pequeño estanque que contiene 15 litros de agua. La cota inicial del espejo de agua respecto del suelo de la superficie libre estará a 2.0 m. A todos los grupos se les proporcionará el estanque el que estará montado en una estructura construida por el DIHA.
· Cada grupo decidirá como aprovecha esta energía potencial para lograr la mayor potencia de impacto del chorro de salida sobre la placa que impulsará la embarcación.
· La embarcación será probada en un canal cuya superficie libre estará a 40 cm del nivel del suelo. El impacto del chorro sobre la placa montada en su parte posterior generará el impulso necesario para moverlo.
· En estas condiciones la embarcación debe desplazarse en forma controlada sin desviarse por una distancia de 5 metros.
La embarcación debe contar con todos los elementos que considere necesarios para lograr la estabilidad y comportamiento hidrodinámico pedidos.
Consideraciones para el diseño:
La primera consideración decidida por el grupo, fue que utilizaremos como material general para la realización de la embarcación, plumavit de alta densidad. Esto debido a dos razones fundamentales: la primera es que el plumavit, tiene una densidad mucho más baja que la madera (ρplumavit = 30 kg/m³ contra ρmadera = 150 kg/m³), la segunda es la mayor facilidad de trabajo que nos entrega el plumavit, al ser mucho más moldeable. Además utilizaremos madera de balza, para la construcción de la placa que será golpeada por el chorro.
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