Mediciones Experimentales

Número y más números..

Caudal:

Durante la semana fuimos a realizar las experiencias en el laboratorio, primero intentamos de calular el caudal promedio que nos entregaría el el sistema construido por el DIHA. Cabe recalar que compartimos nuestros resultados on otros 2 grupos ya que estabamos todos en el laboratorio y no ibamos a hacer la experimentación 30 veces.

Para obtener estos resultados llenamos la cubeta con los 15 lts, luego llenamos otra cubeta en un tiempo promedio de 5 ± 0.3 seg.(ya que eso es lo que duraba relativamente constante el audal del chorro) y medimos cuanta agua había acumulado en ese tiempo con una pipeta de 2 lts. los resultados fueron los siguentes:

De acuerdo con estos resultados dispondremos de un caudal de 1.43 lt/s  para impulsar el modelo.

Arrastre:

También realizamos la experimentación para calcular la constante de la fuerza de arrastre ( F= K*v^2) , la realizamos en el canal que esta en el laboratoriodonde podíamos regular la velocidad de el agua para asi tener "fija" esa variable, luego on un dinamometro pudimos calcular la fuerza que esa velocidad producía en nuestro modelo. De esta manera calculamos la constante K para asi determinar que fuerza de arrastre tendra nuestro modelo al avanzar a cualquier velocidad v.

Mediante este procedimiento obtuvimos un registro en el dinamometro de 3.2 (n) a una velocidad de 0.6 m/s lo que nos indica que la constante K representativa para el modelo es K = 10 kg/m

Con estos datos se puede calcular la velocidad de salida del Chorro sabiendo que el diametro de la salida es de 2,5 cm. La velocidad de salida es:

Q = Vo * A

0.00143 (m^3/s) = Vo * 0.0004906 (m^2)

Vo = 2.915 (m/s)

Con estos datos tenemos que ocupar la ecuación de movimiento del modelo, la cual nos entrega para recorrer una distancia de 5 m se demararía aproximadamente: (esto está hecho cálculando la funcion v(t) de la velocidad del bote, luego esta se integra en un tiempo T y despues esta integral se iguala a los 5 m que queremos recorrer, Esta operación nos entrega el siguente tiempo)

TIEMPO:   9.8 s

Con una velocidad media aproximada de: 0.5 m/s

Producción final del Modelo

¡Modelo listo!

Despues de aplicar los conocimientos aprendidos en el curso fuimos capaces de construir satisfactoriamente el modelo final de nuestra embarcación. Hecho principalmente en poliestireno y algunas partes como la quilla y la placa receptora hechas de metales maleables como lo es el fierro.

Aqui algunas fotos de nuestro modelo.

Modelación de Fuerzas

Movimiento del modelo

Para predecir como se moverá el prototipo tendremos que hacer las ecuaciones de movimiento que rigirán al barco.

Siendo V la velocidad del barco, m la masa del mismo, ρ la masa especifica del agua, C coeficiente de arrastre, Ao el area proyectada de la superficie bajo el agua, Q el caudal del chorro, Vo la velocidad de entrada del chorro a la placa y θ el angulo que formarán los chorros que saldrán de la placa.

Es importante destacar que tanto Q , C y Vo se obtiene de datos tomados en el laboratorio. Por otra parte Ao y m son datos de fabricación del barco.

Construcción del Modelo

¡Dificultades al paso!

Una de la dificultades que nos hemos encontrado al construir el bote es en la Placa Receptora del chorro, la cual darle el ángulo óptimo es una tarea bastante dificil, por el moldeo del material. A pesar de esto pudimos construir una placa que a pesar de no ser de 0 grados logra bastantemente bien las expectativas que nos propusimos.

Placa receptora

¡Mejor posible!

al momento de contruir la placa que recibirá el chorro nos preguntamos, ¿Cuál será la forma óptima para esta placa? Bueno he aqui el momento de presentar nuestros calculos.

Por el teorema de transporte de Reynolds en la conservación de momentum se tiene lo siguiente:

existe simetría por lo que las componentes verticales del impacto se cancelan. También se puede asumir el peso del fluido en analisis como despreciable, por lo tanto queda solo una ecuación en el eje X, en regimen permanete, para el corto tiempo que se mantendra el chorro, omo tanbien asumir que el fluido es homogeneo. Otra consideración que se puede hacer es despreiar el roce del agua con la placa como también cualquier perdida de energía. Entonces la ecuacion nos queda omo sigue:
 

Se puede aproximar que las velocidades de salida son muy parecidas,

pero por conservación de masa,

finalmente:

 Se puede ver que la fuerza maxima se obtiene al lograr que las velocidades de salida sean contrarias a la velocidad de entrada.

Por esto es que decidimos hacer una placa, de tal manera que cumpla con lo anterior.

Nuevo modelo

El resultado del esfuerzo

A partir de las experiencias que hemos hecho como grupo, en las cuales hemos hecho prototipos de distintas formas y tamaños, pudimos lograr hacer el equilibrio perfecto entre la experiencia y la teoria llegando a este modelo.

Haciendo el modelo on menor cantidad posible de material (en nuestro caso poliestireno) para asi poder lograr la mayor velocidad posible.
Le hemos quitado la orza de "gran" peso y en cambio la hemos reemplazado por una superficie mas estilizada, la cual nos proporciona el empuje necesario para mantener el barco a flote. El modelo presenta un soporte para la botella de manera de poder embutirla en el agujero y asi evitar que se caiga de la cubierta. Tambien presenta una quilla, la cual permite darle mayor resistencia a que gire en su propio eje. En otras palabras para que se mantenga en una misma linea recta. Con respecto a la placa, estará pegada a una lamina de poliestireno de manera que se pueda mover libremente, para asi lograr que el chorro impacte de manera correcta.

El Proceso de una Idea

Camino a la Excelencia

Con el transcurso de los dias posteriores a la primera entrega nos fuimos dando cuenta mas de alguna cosa que habíamos propuesto o no era optimo o simplemente no funcionaba. Por eso le hemos hecho modificaciones al bote concepto inicial.