Grupo 20 - Proyecto Mecánica de Fluidos PUC

Evaluación del desempeño.

2008-06-15T23:22:00.006-04:00

Probamos la embarcación en agua para evaluar todos los puntos pedidos. Con respecto a la forma hidrodinámica el resultado fue óptimo. El movimiento en la dirección deseada no presenta grandes resistencias y sometida a un pequeño impulso vimos que la velocidad que adopta es bastante buena. Con respeto a la flotabilidad de la embarcación podemos concluir que esta se comporta de manera excelente, es decir, no se ladea en ninguna dirección y la distancia de la línea de flotación a la cubierta permanece constante en todo el perímetro de esta. Por ultimo, con respecto a la estabilidad también presenta un comportamiento óptimo. Sometimos la embarcación a pequeñas oscilaciones y comprobamos el equilibrio estable de esta. Como no contamos con un ventilador ad hoc que le propine impulso al barco, no podemos asegurar cómo se va a comportar la dirección de éste cuando avance. Aunque no debieran haber problemas mayores dada la geometría del barco, este es un punto en que podría fallar el barco. En las siguientes imágenes se muestra el barco en agua, terminado en un 80% (todavía no estaba la instalación definitiva de las vigas que sostienen a los motores, ni tampoco el peso de arena que se le pretende poner) pero se puede apreciar un equilibrio óptimo.

Alternativas Desechadas, Estimación de Costos y Predicción en el Diseño

2008-06-09T23:10:00.009-04:00

Alternativas de diseño :

Con respecto al modelo en si no existen alternativas ya que su diseño nos permite cumplir con todos los parámetros pedidos del problema impuesto. Esto no significa que se puedan cambiar los parámetros de medidas con el fin de optimizar características que creamos necesarias para el buen desempeño de la embarcación (recordemos que todos los cálculos se realizaron con respecto a parámetros cuyos valores no han sido asignados). Lo que si puede variar en el modelo es el relleno que se use para darle el peso necesario, que hasta el momento es arena. Esto solo se realizara en el caso que las condiciones que nos impusieron y las condiciones que nosotros nos impusimos no sean compatibles, por lo que seria necesario utilizar un material con mayor peso especifico.

Diseños desechados :

Inicialmente se tenía pensado un modelo bastante similar. Este se diferenciaba del actual en que existía un plano inclinado en la parte frontal (si tomamos como eje x el eje de la línea de flotación y como eje y perpendicular y hacia arriba con respecto a x, teníamos un plano que abarcaba todo los x, pasaba por y=0 y tenia un cierto ángulo de inclinación respecto a y). Se desecho este modelo por 2 razones. La primera es que este plano le quitaba las características hidrodinámicas a la embarcación (componente de fuerza de presión en contra el sentido del movimiento del barco); la segunda es que no sabíamos como se comportaría el modelo al tener una componente de fuerza hacia arriba (componente y de fuerza de presión) por lo que se opto por el actual modelo donde no existen estas fuerzas.
Estimación del desempeño
Se espera un desempeño óptimo tanto con respecto al equilibrio de este (por tener un centro de masa bastante abajo), como con respecto a la velocidad con la cual esta se desempeñe (debido a su forma). Obviamente el buen desempeño no solo radica por parte nuestra sino que también en las buenas condiciones que nos entreguen (viento lateral uniforme por ejemplo).

Estimación de costos :

Los costos del modelo presentado presentan una composición bastante básica. Esto se debe prácticamente a que está fabricado por un solo material que requiere inversión (no se pretende gastar en arena) que serian las placas de madera. A su vez debemos tener en cuenta que las placas debemos unirlas a través de un adhesivo. Por el momento se tiene pensado cola fría, primero por la razón de sus buenos resultados de adhesión cuando se trabaja con madera y segundo por su permeabilidad al agua cuando se encuentra seca en su totalidad. Las cotizaciones de estos 2 productos se muestran a continuación.

Solución Adoptada

2008-06-09T22:37:00.016-04:00

Nuestra embarcación estará hecha de madera y su geometría puede apreciarse en la figura.

Para facilitar el diseño, imponemos que la arena va a llegar máximo a una altura h desde la base (ver plano). También vamos a imponer que la línea de flotación se encuentra por sobre h (si esto no nos diera así en la práctica, simplemente cambiaremos la arena por algún material con mayor peso específico).
A partir de eso definimos los siguientes parámetros fijos, que servirán para calcular el volumen de arena, y junto con su densidad, podemos calcular el peso que esta genera.

Que es el máximo volumen de arena que puede existir (cuando esta alcanza una altura ht).

Con los parámetros definidos podemos calcular el volumen de arena, dependiente de la altura (ha) es:

Con esto podemos calcular el volumen sumergido (volumen de carena) por la siguiente relación.

Por lo tanto:

Con el cálculo del volumen sumergido, podemos encontrar la distancia que se encuentra sumergido para así cumplir con las condiciones que se imponen.

Por lo tanto

Condicion de estabilidad:

Para que la embarcación sea estable, tiene que suceder que:

Donde además

Pero dada las condiciones que impusimos a nuestro diseño, sabemos que el centro de gravedad se encuentra bajo el centro de carena, por lo tanto la distancia es menor a cero. Esto es así porque la arena llega máximo a la altura h desde la base, y la altura del volumen sumergido será mayor que este valor, por ende, el centro de carena (centroide del volumen desplazado) estará más arriba que el c.g.

Requisito de Volumen desplazado:

Por condiciones de diseño, se necesita que la embarcación desplace 200 cm3.

Entonces:

Como V2 lo tenemos en función de ha, podemos despejar de aquí ha para cumplir con las condiciones.

La Carta Gantt

2008-06-07T18:42:00.003-04:00

Con el fin de esclarecer los peridos en que se realizaran cada una de las Tareas antes mencionadas hemos establecido un cronograma que puede resumirse en la siguiente Carta Gantt:

La (nueva) Distribución de Tareas

2008-06-06T20:16:00.002-04:00

Parte fundamental de todo proyecto en equipo es la correcta formulación y distribución de Tareas al interior de este. Si bien al inicio del Proyecto habiamos configurado una serie de asignaciones, estas fueron más bien "generales" y no alcanzaban a considerar toda la complejidad del trabajo que tenemos por delante. Para precisar estas Tareas asi como considerar algunas excluidas en el proceso anterior hemos reestructurado nuestras Distribuciones de Tareas. Ha sido esta distribución (la definitiva) la que hemos empleado en el diseño de la Carta Gantt que pueden ver en el post siguiente. El detalle de las Tareas, asi como la asignación de estas, es el siguiente:

Mantención y actualización del Blog del Proyecto
Consiste en mantener actualizado el Blog del proyecto según sea necesario para cada entrega, además de las actualizaciones ocasionales que permitan el funcionamiento de este como “diario de vida”.
Discusión y selección de Ideas
Es la etapa previa a la selección y desarrollo del diseño. Consiste en idear y discutir una amplia gama de opciones que puedan servir para abordar el proyecto. De entre ellas se elijirá la que mejor se ajuste a los requerimientos del proyecto y a los recursos con los que se disponen.
Cálculos y estimaciones del diseño
Como se ha mencionado antes, corresponde a una etapa crítica en el desarrollo del proyecto ya que determinará el grado de dificultad experimentado en el resto de las etapas. Consiste, básicamente, en el desarrollo de todo cuanto respecta a cálculos y aplicación de la física al diseño de la embarcación (aplicación de la mecánica de fluidos).
Elaboración de Planos y esquemas
El diseño de la embarcaciçon debe ir acompañado de planos y esquemas que ilustren las propiedades de esta, de manera de hacer más fácil su construcción asó como también su evaluación y eventual modificación. Se trabajará con varios programas de diseño asistido por computadora (como el inventor, autocad, etc)
Confección de una Carta Gantt
La carta Gantt servirá como el cronograma de las distintas Tareas que han de realizarse a lo largo del proyecto. Además de ser una importante pieza en la planificación y asignación de responsabilidades, es también clave para tener una noción de cuan bien se está trabajando.
Compra de Materiales
Consiste en reunir todos los materiales requeridos por el diseño elegido. Aún cuando no ha de resultar una tarea difícil es importante que quien la realice sea responsable con la contabilidad del grupo.
Construcción del Prototipo
La elaboración del prototipo a partir del diseño. Aunque suene sencillo, es de vital importancia que el prototipo quede bien construido ya que de lo contrario podría afectar el resultado de las Tareas posteriores.
Evaluación del desempeño y contraste experimental
A pesar de que esperamos no tener mayores novedades en esta etapa, somos concientes de lo recurrente que resulta hacer ajustes en el desarrollo de cualquier proyecto. Por eso pretendemos ser lo más exhaustivos posibles en las mediciones del desempeño para lograr así detectar todos los errores.
Actualización y modificaciones al diseño original
A partir de la parte anterior corregiremos todos los errores detectados posibles de ser arreglados. Debemos señalar que existe la posibilidad de que algunos errores estén fundados en la idea original (y que responden a un análisis errado) y que por tanto deberán ser señalados para diseños futuros pero que no serán posibles de corregir sobre el prototipo ya construido.
Elaboración de Informes
Es requisito del proyecto la entrega periodica de informes. Para ello cada uno de los integrantes deberá responder por los contenidos correspondientes a las Tareas que le fueron asignadas.

La Distribucion de estas Tareas es la siguiente:

Max Busch:
-Discusión y selección de Ideas
-Cálculos y Estimaciones del Diseño
-Elaboración de Planos y Esquemas
-Construcción del Prototipo
-Evaluación del desempeño y contraste experimental
-Actualización y modificaciones del Diseño original
-Elaboración de Informes
Marcelo Cisternas:
-Discusión y selección de Ideas
-Cálculos y Estimaciones del Diseño
-Construcción del Prototipo
-Carta Gantt
-Elaboración de Informes
Tomás Egaña:
-Discusión y selección de ideas
-Mantención y actualización del Blog del Proyecto
-Compra de Materiales
-Construcción del Prototipo
-Evaluación del desempeño y contraste experimental
-Elaboración de Informes
Carlos Marques:
-Discusión y selección de ideas
-Cálculos y Estimaciones del Diseño
-Elaboración de Planos y Esquemas
-Construcción del Prototipo
-Evaluación del desempeño y contraste experimental
-Actualizaciones y modificaciones del Diseño original
-Elaboración de Informes

Es nuestra intención satisfacer este ordenamiento pero también comprendemos la inherente flexibilidad que se necesita para la realización de un buen trabajo grupal.

El proceso de Diseño

2008-06-06T20:03:00.002-04:00

Construir un barco que se ajuste a los objetivos pretendidos por el proyecto es un claro ejemplo de una aplicación del "Proceso de Diseño en Ingeniería". Como siempre, este proceso tiene una serie de etapas "estándar" que son más que válidas para nuestro caso (a saber: Identificación del Problema, Ideas preliminares, etc). Con la información y avances hasta la fecha podemos estructurar nuestro proceso de Diseño en dichas etapas según las siguientes consideraciones:

Identificación del Problema:
Como ya lo dijimos antes, nuestro problema consiste en crear la mejor embarcación posible sujeta a las restricciones. (Un desarrollo más minucioso es el detallado anteriormente).
Ideas Preliminares:
Esta etapa consistente en la lluvia de ideas sobre las posibles soluciones (embarcaciones) que podemos construir. Aún cuando en el ámbito de este proyecto el rango de posibles soluciones fluctúa en un universo bastante conciso, existe más de una sola idea capaz de resolver los aspectos planteados. Para nuestro caso en particular hemos barajado 3.
Perfeccionamiento & Selección de Ideas:
Tras haber dado origen a 3 soluciones posibles, hemos discutido acerca de cuál de ellas nos ofrece la mejor oportunidad de resolver nuestro problema con un mínimo de dificultades. Recordemos que aunque es nuestra intención conseguir todos los objetivos planteados, contamos con recursos y conocimientos limitados (además de escaso tiempo) por lo que tuvimos que ser bastante objetivos en la evaluación de cada idea. Finalmente optamos por la idea desarrollada en la sección 4 de este informe (ver adelante).
Análisis:
La etapa de análisis consiste en el desarrollo estructurado de la idea seleccionada en la parte anterior. En esta etapa se comprende el diseño de la embarcación junto a los cálculos pertinentes que permiten determinar las modificaciones y/o alteraciones que han de hacerse a la idea original. Esta es la etapa en la que nos encontramos ahora y la cuál pretendemos poner la mayor parte de nuestro esfuerzo para evitar tener que reformular ideas y rediseñar nuestra embarcación.
Construcción & Evaluación:
Esta etapa consiste en construir la embarcación de acuerdo a los planos determinados por la parte anterior. Aunque se pretende que esta obra sea la definitiva, es muy probable que haya factores que hayan escapado al análisis de la parte anterior, por lo que será necesario probar nuestro modelo y hacer los ajustes pertinentes. Para ello contamos con un periodo de pruebas en el laboratorio que usaremos para recolectar la mayor cantidad de datos sobre el desempeño de nuestro prototipo. Cualquier error que sea constatado deberá ser corregido, sea por modificaciones al diseño original o, en el peor de los casos, con una reformulación de la solución (nueva idea).
Entrega:
Una vez analizada, ejecutada y actualizada la idea (embarcación) original deberemos estar en condiciones de ofrecer solución al problema original de manera que se cumplan todas las restricciones y satisfagan todos los objetivos. Será la prueba final el evaluar en competencia nuestra embarcación para determinar si fuimos capaces de elaborar la mejor solución de entre los grupos participantes.

A la fecha nos encontramos en la etapa 4, analizando teóricamente el desempeño de nuestra embarcación para corregir cualquier error potencial y perfeccionar el diseño de modo que no tengamos que "volver atrás" cuando lleguemos a la etapa de fabricación.

Distribución de Tareas

2008-04-20T18:34:00.002-04:00

Por medio de común acuerdo hemos distribuido las Tareas antes mencionadas entre los integrantes del grupo de la siguiente forma:

Max Busch:
- Cálculos de construcción
- Diseño de confección
- Construcción
- Elección y compra de materiales
- Realización de ensayos
Marcelo Cisternas:
- Cálculos de construcción
- Construcción
- Carta Gantt
- Elección y compra de materiales
- Realización de ensayos
Tomás Egaña:
- Blog
- Cálculos de construcción
- Construcción
- Supervisión general
- Elección y compra de materiales
Carlos Marques:
- Cálculos de construcción
- Diseño de confección
- Construcción
- Entrega de informes
- Elección y compra de materiales

Aunque es nuestra intención respetar este acuerdo, entendemos que todo trabajo de grupo requiere de la participación de todos, y de una distribución flexible de las Tareas.

Tareas

2008-04-20T18:19:00.002-04:00

Todas las Tareas necesarias para la realización del Proyecto y el cumplimiento de nuestros objetivos son las siguientes:

Blog: Confección del blog y también de sus actualizaciones y publicaciónes de todo lo trascendente al proyecto.

Cálculos de construcción: Todo cuanto respecta a cálculos y aplicación de la física al diseño de la embarcación (aplicación de la mecánica de fluidos).

Diseño de confección: Creación de la embarcación en cuanto a estética, hidrodinámica y restricciones de diseño.

Construcción: La mano de obra en la confección de la embarcación.

Carta Gantt: Elaboración de esta importante herramienta de gestión.

Entrega de Informes: Periodicamente deberá estarse informando a los docentes supervisores sobre el avanze del Proyecto atraves de Informes.

Elección y compra de materiales: Elección de los insumos, escogiendo los materiales que mejor se adapten a nuestro diseño. Esto involucra también la Tarea de cotizar y finalmente comprar estos elementos. Se debe ser capaz de solucionar problemas en el camino, como por ejemplo los de algún remplazo de material por distintos motivos.

Supervisión general: Verificar que cada aspecto del proyecto se valla cumpliendo en sus respectivos plazos, es decir, que se cumpla lo stipulado en la carta Gantt.

Realización de ensayos: Corroboración de lo que se esta haciendo a través de la experimentación

Objetivos

2008-04-20T17:41:00.002-04:00

Los objetivos que esperamos cumplir con este proyecto son bastante evidentes: Pretendemos construir una embarcación que, sujeta a todas las restricciones impuestas, sea capaz de propulsarse en el agua de la manera más veloz posible - Esto solo se puede conseguir si logramos la mayor eficiencia en el uso de energía por parte de nuestro dispositivo de propulsión-. El cumplimiento de este objetivo involucra una serie de objetivos más puntuales respecto del diseño del barco:

Ha de ser lo más hidrodinámico posible.
Deberá navegar de manera precisa (en linea recta).
Tendrá que ser lo suficientemente estable como para soportar las turbulencias e inestabilidades del entorno en donde navegue.

Introducción

2008-04-20T17:33:00.006-04:00

Para todos nuestros lectores interesados en conocer sobre nuestro proyecto, y que de seguro se están preguntando: ¿De qué se trata todo esto?, bueno, aca les tenemos algunas respuestas:

El proyecto consiste en diseñar y construir una pequeña embarcación sujeta a ciertas restricciones de estabilidad, de flotación, volumen desplazado y costos. También, el diseño debe cumplir una particular restricción: el método de propulsión del barco se obtiene a través de dos mástiles cilíndricos en rotación sobre los cuales sopla viento. Este método genera una fuerza perpendicular al viento debido a la diferencia de presiones que se generan en las partes del cilindro (efecto Magnus) lo que hace que el barco se desplace hacia delante.

El proyecto se irá realizando por etapas en el transcurso del semestre, durante el cual se irán informando los avances mediante publicaciones en este blog y dos informes escritos. Respecto a las restricciones, estás son:

1) Costos:

· El costo de los materiales empleados para su fabricación no debe sobrepasar los $15.000.

2) Método de propulsión:

· La embarcación debe contar con dos mástiles cilíndricos de diámetro D=50mm conectados a pequeños motores capaces de hacerlos girar.

3) Flotación:

· La línea de flotación debe situarse a mínimo 4 cm de la cubierta y máximo a 6 cm.
· El volumen desplazado por la embarcación terminada y con todos sus elementos debe ser superior a 200 cm3.

4) Estabilidad:

· Debe permanecer estable frente a solicitaciones externas, sin volcarse lateralmente ni en el sentido longitudinal, permaneciendo el eje principal del aparato horizontal.

Bievenidos

2008-04-20T16:18:00.002-04:00

En nombre de todos nosotros les damos la bienvenida al blog de nuestro Proyecto para este semestre. Si tienen cualquier duda o quieren contactarse con nosotros: grupo20ich1102@gmail.com. Que lo disfruten!.

Saludos, Grupo 20