Proyecto cohete Hidráulico Finalizacion 3er corte

1. Física termodinámica y de Fluidos
Proyecto:
COHETE HIDRAÚLICO
Finalización de proyecto
3 - CORTE
Presentado a: Javier Bobadilla
Presentado Por:
Jair Herrera
William Ramos
Alexandra Segura Gómez
Bogotá D.C Mayo de 2013
Escuela Colombiana de Carreras Industriales – ECCI

2. INTRODUCCION Y ANTECEDENTES:
La propulsión a chorro es conocida por el hombre desde hace más de 2000 años,
cuando Herón de Alejandría invento un artefacto conocido como eolípila, el cual era
un dispositivo esférico con 2 tubos diametralmente opuestos que expulsaban vapor
que estaba al interior de la esfera y que provenía de un depósito de agua que se
calentaba y que estaba conectado por 2 tubos a la esfera y que a su vez servían de
soporte y eje de giro de la misma, ya que al salir el vapor, producía el empuje
necesario para hacer rotar la esfera sobre su eje. (Ver figura 1).
(Figura 1. Replica moderna de una eolípila de Heron.)
Esta máquina fue desarrollada por simple curiosidad científica de su inventor pero
desafortunadamente nunca pasó de ser más que un juguete exótico, sin que nadie
se percatara de sus usos prácticos.
Tuvieron que pasar más de 1500 años para que hombres como el propio Galileo
Galilei, y el gran Sir Isaac Newton sentaran las bases teóricas que permitirían
explicar fenómenos como el mostrado en este artefacto.

3. MARCO TEÓRICO:
Para una clara comprensión de los fenómenos que se analizaran a través del
experimento propuesto, es necesario primero conocer y recordar algunos conceptos
y leyes físicas en los que se fundamenta esta actividad y que se relacionaran a
continuación:
Principio de Arquímedes: todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un
empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.
Principio de Pascal: La presión ejercida sobre la superficie de un líquido contenido
en un recipiente cerrado se transmite a todos los puntos del mismo con la misma
intensidad. (Ver figura 2)
(Figura 2. Representación Grafica del principio de Pascal)
Leyes de Newton:
Primera Ley de Newton o
Ley de Inercia
Segunda Ley de Newton o
Ley de Fuerza
Tercera Ley de Newton o
Ley de acción y reacción
Todo cuerpo permanece en estado de
reposo o continúa con un movimiento
rectilíneo uniforme, siempre y cuando
una fuerza externa no actúe sobre él.
Siempre que una fuerza no equilibrada
actúe sobre un cuerpo, se produce una
aceleración en la dirección de la fuerza
que es directamente proporcional a la
fuerza e inversamente proporcional a la
masa del cuerpo.
Cuando una fuerza determinada actúa
sobre un cuerpo, éste reacciona con
una fuerza con igual magnitud, pero en
sentido Opuesto.
Tiro Parabólico y Caída libre:
Aplican los conceptos ya conocidos del movimiento uniforme rectilíneo y movimiento
uniforme acelerado, junto con sus respectivas ecuaciones

4. OBJETIVO GENERAL:
Diseñar y construir un dispositivo funcional que se desempeñe como un cohete de
propulsión a chorro usando como elemento propulsor agua líquida, utilizando
materiales sencillos y de bajo costo, con el fin de verificar experimentalmente los
principios físicos involucrados en el funcionamiento del mismo.

5. OBJETIVOS ESPECIFICOS:
• Aplicar el principio de pascal como uno de los parámetros de construcción
del cohete hidráulico.
Las paredes del cohete deberán soportar, la presión en su interior que
corresponde a la del aire comprimido con el agua, esta presión según el
principio de pascal se ejerce uniformemente a lo largo de todo el recipiente y
a su vez es la fuente de energía que permitirá el despegue del cohete.
• Verificar experimentalmente la 3º ley de Newton durante las pruebas de uso
del cohete hidráulico.
La 3º ley de Newton dice que: Con toda acción ocurre siempre una reacción
igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son
iguales y dirigidas en sentido opuesto, para el caso del cohete hidráulico, lo
que se espera es que a salir el chorro de agua por la parte inferior del cohete,
gracias a la presión acumulada dentro del mismo, este chorro produzca una
fuerza hacia abajo, esta fuerza de acuerdo con la tercera ley producirá en el
cohete una fuerza en sentido opuesto, es decir hacia arriba, y será esta
fuerza de reacción lo que generará la elevación del cohete.
• Evidenciar a través del uso del cohete los principios del Movimiento
Uniformemente Acelerado y las ecuaciones del tiro parabólico.
Una vez construido el cohete se espera que su trayectoria pueda
predeterminarse según los principios del MUA, ya que al despegar el cohete
en principio acelera en contra de la gravedad debido a la fuerza de reacción
generada por el chorro de agua, pero una vez que se acaba este impulso, el
movimiento del cohete dependerá solo de la gravedad y su trayectoria se
verá influenciada por la forma aerodinámica del cohete, y por la fuerza del
viento al momento del lanzamiento.

6. MATERIALES:
Básico
- Botella de plástico (600 ml)
- Tapón de corcho o de goma
- Bomba de aire para bicicleta
- Agua
- Aguja de hinchador o canutillo de bolígrafo
Mejoras ( opcional)
- Hilo y bolsas de plástico para (paracaídas)
- Cartón (para hacer un cono)
- Cartón (para alerones)
- Pinturas de colores
FUNCIONAMIENTO:
• Fase: El llenado de combustible
• El cohete va a funcionar utilizando como "combustible", un líquido que
propulsará el cohete, en nuestro caso, agua utilizando el principio de acción
y reacción. En nuestras pruebas la cantidad óptima es alrededor de 1/3 de la
capacidad de la botella, para cantidades mucho mayores,(más de la mitad)
la botella despegará con gran parte de agua en su interior lo que hará que
alcance una menor altura, en caso contrario, si se ha llenado con poca agua,
se realiza un menor impulso inicial y también alcanzaremos menor altura, el
llenado es pues, una fase importante, debemos, realizar distintas pruebas
hasta determinar la cantidad de agua más adecuada.
• 2ª Fase: El taponado y puesta en marcha Una vez cargada, tapamos nuestra
botella con un tapón de corcho o de goma de laboratorio, en el que
previamente hemos introducido una aguja de inflador de balones o un
canutillo de bolígrafo. Esta es la fase más crítica, en la construcción de los
cohetes de agua y de ella depende gran parte del éxito del vuelo, el tapón
debe quedar lo más hermético posible, para que en el momento del inflado
no pierda agua, además cuanto más apretado este más presión de aire
soportará por tanto el impulso inicial y la altura alcanzada será mayor.
• 3ª Fase: El inflado y despegue Después de taponar bien el cohete y conectar
la goma del inflador colocamos, con ayuda de una plataforma, el cohete en
posición vertical o inclinada en el caso de que queramos un vuelo parabólico
y comenzamos a llenar la botella con ayuda del compresor de bicicleta,
debemos tener paciencia porque esta fase puede llevar varios minutos. Al
llenar el cohete de aire y comprimirlo estamos aumentando la presión en su
interior, cuando la presión llega a un determinado valor el tapón salta y el
líquido es desplazado contra el suelo, de esta forma se realiza una fuerza
contra el mismo a la que según la tercera ley de Newton se le opone otra
fuerza igual y en sentido contrario, esta fuerza es la que hace que los cohetes
se eleven.

7. Por lo tanto podemos afirmar, como hemos dicho antes que la altura que toman los
cohetes es directamente proporcional a la presión a la que son sometidos los
cohetes; esto quiere decir que a mayor presión mayor altura. La presión a la que
podemos someter los cohetes está relacionada con lo ajustado que este el tapón,
cuanto más ajustado, podremos introducir más aire, y por lo tanto saldrá con mayor
velocidad.
• 4ª Fase: El vuelo y aterrizaje1. El agua sale hacia abajo impulsando los
cohetes, y haciendo que estos salgan despedidos; en el momento en que
salen su velocidad es máxima, de unos 20 m/s. Como dato curioso es
interesante reseñar que la velocidad a la que debe ir un cohete real para
vencer el campo gravitatorio terrestre es de 11 km/s.
• 2. Debido al rozamiento con el aire, y sobre todo a su peso que los atrae
hacia la tierra debido a la atracción gravitatoria, los cohetes tienen una
deceleración de 9,8 m/s² que los va frenando hasta alcanzar una altura
máxima (25-100 m), en este momento su velocidad es 0 m/s.
• 3. A partir de este momento los cohetes comienzan a descender, en el
descenso se activa el sistema de apertura automática del paracaídas; que
hace que el paracaídas se abra y este decelera la caída de los cohetes, que
de esta forma caen con más suavidad evitando así que se dañen y haciendo
posible su reutilización. La construcción y lanzamiento de cohetes
propulsados o impulsados por agua constituye una experiencia pedagógica
de gran utilidad para motivar e introducir a los niños
y jóvenes en las leyes del movimiento de los cuerpos y losprincipios de la
astronáutica. El anhelo del hombre por alcanzar las alturas se remonta hasta
la muy remota antigüedad donde conseguimos los mitos griegos de Dédalo
Ícaro entre otros quienes intentaron conquistar los cielos. Es el siglo XX con
el desarrollo y aplicación de la física newtoniana que abre el camino a la
conquista del espacio con los pioneros, el ruso Constantin Tsiolkowsky el
alemán Hermann Oberth y el norteamericano Robert Goddart a comienzos
del siglo XX.Con el advenimiento de la carrera espacial, después de la
segunda guerra mundial Rusos y Norteamericanos seré parten a los
científicos e ingenieros alemanes quienes habían alcanzado mayor avance
en cohetería y desarrollan sendos programas espaciales hasta nuestros días.
Los jóvenes podrán disfrutar de la construcción y lanzamiento de
cohetes propulsados por agua cuyo funcionamiento es muy sencillo, se llena
la botella con aproximadamente 1/6 de agua, tapa con un tapón de corcho o
goma bien ajustado y la situamos en posición vertical parado sobre sus
propias alerones, al corcho se le introduce una aguja gruesa conectada a una
manguera delgada a través de la cual introducimos aire a presión con una
bomba de bicicleta, cuando la presión es suficientemente grande el tapón se
dispara saliendo hacia abajo el agua y el cohete despega alcanzando alturas
variables que pueden llegar a unos 80 m.

8. AVANCES DEL PROYECTO:

9. FOTOS TERCER CORTE

10. CONCLUSIONES:
• La tecnología es una herramienta para el desarrollo eficaz del ingenio
humano, mejora nuestra capacidad de aprendizaje, facilita el acceso
al Por otra parte la naturaleza nos brinda los medios para realizar
estos experimentos tecnológicos que nos ayudan a entender más
fácilmente los conceptos enseñados.
• Este proyecto permitió demostrar experimentalmente los principios de:
Acción y reacción: esto se evidencio en el momento del despegue
del cohete, ya que es debido a la fuerza de reacción producida por el
chorro de agua, que el cohete se eleva.
Principio de Pascal: al introducir aire dentro del cohete que
previamente ya contenía agua, la presión en el interior del mismo
aumenta uniformemente en todas las paredes del cohete y debido a
que la tapa inferior resiste menos presión que el resto del cohete, es
por allí por donde finalmente se produce la despresurización del
interior del cohete con la consecuente generación de la fuerza de
empuje producida por el chorro de agua.
• En la parte de diseño y pruebas se evidencio que si bien el cohete
podría funcionar sin agua, esta hace que el cohete tenga un mejor
desempeño, esto se debe al hecho de que el agua proporciona más
masa que el aire solo durante el proceso de aceleración por la fuerza
de reacción, es decir la masa del agua proporciona mayor potencia y
duración al efecto de la propulsión a chorro que si solo se usara aire.
• A pesar de que no se hicieron mediciones de la fuerza de reacción, ni
del alcance de la altura del cohete ni de otras variables del
experimento, fue evidente en la trayectoria descrita por el cohete, que
se cumplen perfectamente las leyes del MUA, ya que en esencia el
movimiento del cohete resulta gobernado por la gravedad y por los
efectos del viento (aerodinámica)

11. BUSQUEDA BIBLIOGRAFICA:
• http://cohetehidarulico.blogspot.com/
• http://es.wikipedia.org/wiki/Cohete_de_agua
• http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/cohete/cohete.htm
• http://www.google.com.co/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&
cd=10&ved=0CFsQFjAJ&url=http%3A%2F%2Fwww.scribd.com%2Fdoc%2
F52893887%2FCohete-Hidraulico-
3&ei=RFBsUeXbHYTa9QS84YCYCA&usg=AFQjCNGsd-
h96yVOpMLJS4FIx75uLPaKDw&sig2=0iy8N6MElOP4ILUu_Havvg&bvm=b
v.45175338,d.eWU
• http://www.astroelda.com/html/actividades/cohetes_propulsados_por_agua.
htm
• http://www.slideshare.net/EscTecAmalia/proyecto-cohete-de-agua-
12707812
• http://www.slideshare.net/ErnestoDiaz2/cohete-hidraulico
• https://2mp.conae.gov.ar/descargas/Materiales%20/Cohetes_de_Agua-
Manual_del_Educador.pdf
• http://astronomovil.com/index.php?option=com_content&view=article&id=24
&Itemid=53