COHETE HIDROSTATICO

JUAN FERNANDO RODRIGUEZ HERNANDEZJUAN FELIPE SUAREZ

FISICA DE FLUIDOS Y TERMODINAMICA

ESCUALEA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALESBOGOTA D.C 2014

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Construir un cohete hidrostático amigable con el ambiente, con materiales reciclables y de fácil funcionamiento. Durante el proceso de fabricación se desea observar los diferentes factores que hacen que este pueda funcionar, determinar con pruebas cuales son los errores habituales que se pueden presentar en su fabricación, poder realizar mejoras a los cohetes experimentales ya existentes. Teniendo en cuenta los diferentes conceptos y aplicaciones vistas en la materia y en las investigaciones realizadas por el grupo de trabajo se desea llegar a tener precisión en saber donde va a chocar el cohete después de ser lanzado.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

+ Comprender el funcionamiento de un cohete hidrostatico, cuales son las principales leyes de la física que intervienen en su funcionamiento en el momento de ser lanzado.

+ analizar e implementar leyes de movimiento, como es el lanzamiento parabólico para lograr un lanzamiento propicio y tener la mayor precisión en los cálculos matemáticos para que sea repetitivo su punto de llegada después de ser lanzado.

+ Entender y aplicar la caída libre de rozamiento.

+ Implementar conceptos básicos de aerodinámica en el proyecto, para comprender como es afectado por el aire el cohete en su tiempo de vuelo.

ANTECEDENTES

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”.

 Tomamos para iniciar el proceso de fabricación el concepto básico de fabricación de un cohete hidrostático El principio explica que 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 3ra 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:

 

 Podemos encontrar una gran cantidad de proyectos realizados de cohetes hidrostáticos, lo interesante siempre es el "prueba y error" que en cierta medida es lo que ha generado la mejora continua de los cohetes hidrostáticos. Podemos referenciar un manual de fabricación que nos dan un paso a paso de cómo construir un cohete y es interesante porque es muy ilustrativo y genera buen entendimiento adicional nos reseñan mejoras realizadas. "COHETES DE AGUA, MANUAL DE ECUADOR", también podemos encontrar gran variedad de universidades que han realizado el experimento y han aportado a la mejora continua en su fabricación y aplicación, por ultimo en Internet, encontramos vídeos que nos ayuda a comprender la mejor forma de construir y los materiales óptimos.

MARCO TEORICO

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:

Cohete hidrostático, planteamiento básico:

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

Donde es la velocidad instantánea, la velocidad de salida del fluido por la boca, la masa total inicial y 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.

Esquema de las fuerzas en el interior de un cohete cargado. 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.

Donde es la fuerza de propulsión, es el radio de la boca y 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 fluido dinámica. La ecuación final de su trayectoria es muy compleja y se resuelve numéricamente por medio de varios programas de simulación disponibles en internet. La estabilidad de vuelo del cohete estará condicionada por la posición del centro de masas y de la posición del centro de presión aerodinámica. El primero tiene que encontrarse siempre delante del segundo y a una distancia que se estima empíricamente como óptima cuando ambos están separados alrededor del doble del radio del cohete. Para distancias inferiores el vuelo puede resultar inestable.

FABRICACION

Materiales:

Madera: En diferentes dimensiones para fabricación de la base del cohete y como apoyo para la plataforma de lanzamamiento, garantizando un angulo de 45°

Acople de aire industrial: Permite aprisionar el cohete para inyectar aire y asi al liberarlo tener la presión suficiente para el lanzamiento deseado

Botella plástica de 600 ml: con la botella se fabricara el cohete.

CONCLUSIONES

Construir un cohete hidrostático, demanda una previa investigación sobre conceptos, básico de aerodinámica, física y principios de newton.

Después de revisar la teoría, no queda más que fabricar un cohete y echarlo al vuelo, es la única manera de comprobar que toda la investigación es útil y reconocer que tan cerca esta la teoría de la práctica.

En la fabricación de mi cohete y los lanzamientos nos dimos cuenta y llegamos a las siguientes conclusiones:

ALERONES: son de vital importancia para darle el direccionamiento, cuelo y estabilidad al cohete.

ANGULO: Un Angulo de 45° proporciona la fiabilidad del máximo tiempo de vuelo, con respeto a los demás ángulos desde 0° hasta 90°

VALVULAS: El sello de las válvulas para que no salga el aire antes de tiempo ni durante el lanzamiento es indeseable, una fuga en el sello, producirá escapes y desorientación en el vuelo del cohete, siendo fallido cualquier lanzamiento.

BOMBA DE AIRE: Una bomba que proporcione la suficiente presión y sea ajustable es lo indicado, comenzando con un regulador de presión, para ser optimo los lanzamientos y repetitivos, adicional poder generar una cantidad optima de aire en pocos bombeos, para no perder potencia por fugas pequeñas en el cohete.

BIBLIOGRAFIA

http://teresaml.blogaliza.org/files/2011/01/Fisica_manual_cohetes.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Cohete_de_agua

http://waterrockets.galeon.com/