PROYECTO COHETE HIDRÁULICO

ELABORADO POR

ANDRÉS ALEJANDRO VANEGAS AGUILAR

WILMAN ALEXIS HERNÁNDEZ IBAGUÉ

PRESENTADO A

DOCENTE JAVIER HUMBERTO BOBADILLA AHUMADA.

FÍSICA DE FUÍDOS Y TERMODINÁMICA

ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES

FACULTAD DE INGENIERÍA

BOGOTÁ D.C

2014

CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………. 1

1 OBJETIVOS……………………………………………………………………….. 2

1.1 Objetivo General

1.2 Objetivo Especifico

2 MARCO CONCEPTUAL………………………………………………………….. 3

2.1 Marco de Antecedentes

2.2 Marco Teórico

3 DESARROLLO DEL PROYECTO……………………………………………….. 7

3.1 Materiales

3.2 Ejecución pasó a paso con evidencias (Fotografías)

4 CONCLUSIÓN……………………………………………………………………….11

5 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS……………………………………………… 12

1

INTRODUCCIÓN

Este proyecto es realizado con el fin de poner en práctica algunas de las

conceptualizaciones vistas en la materia Física de Fluidos y Termodinámica, por

medio del mecanismo de un cohete propulsado por agua y aire. Dicho cohete se

construye con materiales reciclables y en conjunto con la implementación de otros

elementos, permita completar las cualidades necesarias para que sea posible su

ejecución y su análisis.

2

1. OBJETIVOS

1.1 Objetivo General

Profundizar determinados conceptos vistos en la asignatura de Física de Fluidos y

Termodinámica, analizando sus características a través de la construcción de un

cohete hidráulico y su ejecución en diferentes proporciones de agua y aire.

1.2 Objetivos Específicos

Realizar la investigación teórica sobre los conceptos vistos en la asignatura

asociados al cohete hidráulico

Construir con materiales reciclables el cohete con el fin de promover el

cuidado ambiental en la realización del proyecto

Aplicar las diversas conceptualizaciones de la física en la ejecución del cohete

Entender las bases conceptuales de la física aplicadas durante el proyecto y determinar conclusiones

3

2. MARCO DE CONCEPTUAL

2.1 Marco de Antecedentes

Un cohete es conocido como una aeronave que obtiene su empuje por la reacción

de la expulsión rápida de gases de combustión. Existen varios tipos de cohetes,

para efectos del presente proyecto se llevara a cabo la construcción de un Cohete

Hidráulico.

El cohete hidráulico ha tenido uso por el hombre durante mucho tiempo, fueron

varios los inventos y aportes a través de la historia que fueron perfeccionando la

física relacionada con él.

Los cohetes inicialmente fueron inventados por los antiguos alquimistas chinos, los

cuales fueron padres de la pólvora y diferentes armas para luego convertirse en

elementos como cañones y armas de fuego para los europeos.

El verdadero inicio de la cohetería se remonta al siglo XIX con Konstantín

Tsiolkovski, físico matemático que contribuyo teóricamente al desarrollo de la

astronáutica gracias a su gran imaginación de viajes en espacio y viajes inter

planetarios (Imagen 1).

Imagen 1

1Más adelante en la década de 1960, 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 (Imagen 2) de polietileno tereftalato (PET) para bebidas gaseosas, que

es el material que se utiliza generalmente para fabricar cohetes de agua, fueron

1 Ishii Nobuaki. (2008). Cohetes de Agua-Manual del Educador. Organismo de Exploración Aeroespacial del Japón. Recuperado de: https://2mp.conae.gov.ar/descargas/Materiales%20/Cohetes_de_Agua-Manual_del_Educador.pdf

4

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.

Imagen 2

A comienzos de los años 1980 se informó acerca de estudios sobre cohetes de agua

realizados en el Japón. Se atribuye la fundación de la cohetería de agua en ese país

a los Sres. Hayashi y Lida, maestros de secundaria en la Prefectura Aichi, que

inventaron diversos tipos de cohetes d de agua con botellas de PET, tales como

cohetes de dos etapas y cohetes agrupados denominados “cluster”, que combina

25 botellas de PET. En 1994, el Club de Jóvenes Astronautas del Japón se percató

de los aspectos pedagógicos de los cohetes de agua y los adoptó como parte de

sus actividades.

En la actualidad, la construcción y el lanzamiento de cohetes de agua se realizan

de varias maneras en distintas partes del mundo. En todo el mundo se encuentran

aficionados a los cohetes de agua, que intercambian información sobre diseños

originales tanto de cohetes como de lanzadores. Muchos compiten con otros por

superar las marcas de altura con el mismo entusiasmo e intensidad que los que

disfrutan de los deportes.

En muchos países de Asia, entre ellos China, Corea, Filipinas, Indonesia, Sri Lanka,

Vietnam, Singapur e India, los cohetes de agua son cada vez más populares y va

en aumento el número de competiciones.

En 2005 se emprendió una iniciativa internacional sobre cohetes de agua destinado

a los jóvenes del Asia y el Pacífico, con el propósito de promover la educación de

las ciencias espaciales. El Centro de Educación Espacial JAXA ha introducido los

cohetes de agua en Colombia, Chile y España.

A 2014, a nivel Colombia se realizan concursos de cohetes hidráulicos a través de

las instituciones educativas por medio de ferias de ciencia y física los cuales han

fomentado el conocimiento.

5

2.2 Marco Teórico

Con toda la funcionalidad de las botellas de polietileno tereftalato (PET) han tenido

en el transcurso de los años frente al aporte dentro de los cohetes, han permitido

visualizar más detenidamente la aplicación de la física como principal aspecto al

involucrar diferentes leyes que lo comprueban.

Para comprender mejor el desarrollo y ejecución del proyecto se debe estudiar

detenidamente dichos aspectos. Entre ellos se encuentran:

2.2.1 Ley de Acción y Reacción por Isaac Newton (3ra Ley):

2 Por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza igual pero de

sentido opuesto sobre el cuerpo que la produjo (Imagen 3).

El enunciado más simple de esta ley es "para cada acción existe una reacción igual

y contraria" siempre y cuando este en equilibrio. Existen dos clases de energía

dentro de esta ley:

a. Ley de acción y reacción fuerte de las fuerzas: En la Ley de acción y reacción

fuerte, las fuerzas, además de ser de la misma magnitud y opuestas son

colineales, es decir que la forma fuerte de la ley no se cumple siempre.

b. Ley de acción y reacción débil de las fuerzas: La acción y la reacción deben

ser de la misma magnitud y sentido opuesto (aunque no necesariamente

deben encontrarse sobre una misma línea)

Imagen 3

2 Jiménez Gloria, Gómez Diana, López Sebastián. (2013). Física Termodinámica Cohete. Escuela Colombiana de Carreras Industriales. Recuperado de: http://es.slideshare.net/GloriazJimenez/informe-final-cohete-21925189

6

2.2.2 Presión:

Es una magnitud física que mide la fuerza por unidad de superficie, y sirve para

caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie

(Imagen 4).

Imagen 4

2.2.3 Tiro vertical (Parabólico):

Es un movimiento sujeto a la aceleración de la gravedad, sólo que ahora la

aceleración se opone al movimiento inicial del objeto (en este caso el cohete). El

tiro vertical o parabólico comprende subida y bajada curva de los cuerpos. (Imagen

5).

Imagen 5

2.2.4 Aire:

Se denomina aire a la mezcla de gases que forma la atmósfera terrestre, sujetos

alrededor de la Tierra por la fuerza de gravedad (Imagen 6).

Imagen 6

7

2.2.5 Rozamiento:

Es la fuerza que se opone al desplazamiento de un cuerpo en el aire. Se produce

cuando el cuerpo está en movimiento y su dirección es contraria a la del cuerpo.

Imagen 7

3. DESARROLLO DEL PROYECTO

3.1 Materiales:

Para llevar a cabo la práctica real del proyecto, se deben conseguir los elementos

necesarios los cuales se ven representados en la siguiente tabla con su respectivo

valor monetario (Tabla 1)

Tabla 1

MATERIALES PRECIO

BOTELLAS PLASTICAS MEDIANAS (2 UND) 0 (COP)

TERLON (1UND) 600 (COP)

CINTA NEGRA (1UND) 1000 (COP)

AMARRES (5UND) 2000 (COP)

TUBO PVC (33 CM) 2000 (COP)

CODO PVC (1UND) 1500 (COP)

BOMBA DE AIRE (1UND) 10.000 (COP)

VALVULA DE AIRE (1UND) 2000 (COP)

UNION DE PVC (1UND) 1000 (COP)

TOTAL 20.100 (COP)

8

3.2 Ejecución:

La construcción del cohete hidráulico y la ejecución para el análisis práctico se llevó

paso a paso como se describe a continuación; cabe resaltar que las fotografías que

lo acompañan son las evidencias reales del proyecto.

1° Paso: Se buscó por medios ecológicos dos botellas de plástico de tamaño

mediano de las mismas dimensiones, luego se recortó la punta de una de ellas para

luego unirla en la parte trasera o “cola” de la otra botella.

Evidencia 1

2° Paso: Luego de adherir las dos botellas plásticas, se procede a recortar las

láminas de radiografías, para generar el diseño de cuatro alerones que irán en la

parte trasera de la botella, para luego ser pegadas de forma que las distancias sean

iguales.

Evidencia 2

3° Paso: Al terminar de ajustar los alerones en el cohete, procedemos hacer

decoraciones a nuestro gusto asegurando que estos también permitan una mejor

adherencia y solides de los materiales colocados hay.

Evidencia 3

9

4° Paso: Ahora se formará la base para que pueda ser expulsado el cohete, este se

hará con tubos de PVC un codo, cinco amarres plásticos, teflón, una válvula de aire

y una bomba.

Se coloca el codo en cualquier parte del tubo de 33cm de distancia, luego añadimos

los la cinta para que sujete los cinco amarres en la parte del tubo no mayor de 15

cm para el ingreso de la botella de plástico o cohete se ha lo más efectivo posible

para luego colocarle el teflón en el centro de los amarres.

Evidencia 4

5° Paso: En este proceso se coloca muy delicadamente la válvula de aire para

generar de ingreso de aire a la amara de la botella, para ello la válvula que será de

goma o caucho que permite una mejor eficiencia en cualquier parte del codo de

PVC.

Evidencia 5

6° Paso: Luego de ver terminado los dos procesos fundamentales de la base del

cohete, se procede a unir las dos partes el tubo de PVC junto al codo, que dará la

suficiente propulsión y aprovechamiento del mismo, por último se coloca la bomba.

Evidencia 6

10

7° Paso: Luego de haber terminado el cohete hidráulico, comienza la parte más

real ejecución y las pruebas, para verificar que todo fuese quedado bien.

Las siguientes pruebas se realizaron en una cancha de baloncesto perteneciente a

un parque a las cercanías de la universidad ECCI. Como se observa en la figura 1

(Realizada por el equipo de trabajo), se hicieron 6 pruebas, ya que este cohete fue

realizado con la función de tener precisión, la base fue fundamental para poder

alcanzar la mejor precisión posible y acertar mejor en los objetivos propuestos a

alcanzar.

Figura 1

Evidencia 7

11

4. CONCLUSION

Con la finalización de este proyecto, se puede concluir primeramente que se

profundizo los conceptos básicos vistos en la asignatura a través de la investigación

teórica. Para su ejecución, la puesta en marcha del mecanismo del cohete hidráulico

no logró una precisión exacta, sin embargo si se cumplió la aplicación de las

conceptualizaciones y leyes de física, así se cumple con éxito todos los objetivos

propuestos.

12

5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Información obtenida y recuperada de:

1 Ishii Nobuaki. (2008). Cohetes de Agua-Manual del Educador. Organismo de

Exploración Aeroespacial del Japón. Recuperado de:

https://2mp.conae.gov.ar/descargas/Materiales%20/Cohetes_de_Agua-

Manual_del_Educador.pdf

2 Jiménez Gloria, Gómez Diana, López Sebastián. (2013). Física Termodinámica

Cohete. Escuela Colombiana de Carreras Industriales. Recuperado de:

http://es.slideshare.net/GloriazJimenez/informe-final-cohete-21925189