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CONSTRUCCION DE UN SISTEMA ENGEL PARA UNMINISUBMARINO

Autores:

Alum. José Jesús Sosa Becerra, Alum. Julio Henry Bautista Lara,petete20pe@hotmail.com yohenry21@hotmail.com

Alum. Manuel Ramírez Sotelo, Alum. Juan Carlos Romero Fernández,manuelramz@hotmail.com giancar787@hotmail.com

Asesor:Lic. Nelson Alberto Díaz Leiva, nadlyfari@hotmail.com

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

RESUMEN

Una de las herramientas importantes para eldesarrollo intelectual de todo estudiante deingeniería es la investigación, la cual va a lapar con el análisis y el ingenio; todo estotiene frutos si se aplican los conocimientosadquiridos en las aulas.De aquí es que surge la idea de laconstrucción de un Mini submarinoaplicando y acondicionando el SistemaEngel.Este sistema esta basado en el principio de lajeringuilla hipodérmica, la cual consiste deun cilindro-pistón accionado por un motoreléctrico, una de cuyas caras esta encontacto con el agua y la otra con el interiordel compartimiento - estanco del minisubmarino.Este sistema nos permite tener un ajuste finode ingreso y salida de agua, con lo cualpodemos controlar en todo instante lasustentación dentro del agua, inmersión yemersión del mini submarino, equilibrandolas fuerzas de empuje con el peso delmismo; en los casos mencionados.Este trabajo demuestra que existe laposibilidad de elaborar un mini submarinocomo equipo de monitoreo en investigación

sub-acuática, o para cualquier uso en el quese requiera.

ABSTRACT

One of the important tools for theintellectual development of every student ofengineering is the investigation, which goesat together with the analysis and theingenuity; all this has fruits if apply theknow-how acquired in the classrooms. Fromhere it is that the idea of the construction ofa Mini submarine applying and conditioningthe System Engel. This system this based onthe principle of the syringe hypodermic,which consists of a cylinder-piston driven byan electric motor, one of whose faces this incontact with the water and the other with theinterior of the compartment - watertight ofthe mini submarine. This system permits usto have a fine adjustment of income and exitof water, with which we can control in everyinstant the support inside the water,immersion and emersion of the minisubmarine, balancing the forces of push withthe weight of the same one; in the casesmentioned. This work shows that exists thepossibility to devise a mini submarine asteam of monitoring in investigation sub-aquatic, or for any use in which be required.

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INTRODUCCIÓN

Se encuentra comprobado que el estudianteafianza su aprendizaje , mediante la prácticade los fundamentos aprendidos teóricamente,es así, que mediante este trabajo vamos aapreciar la aplicación de muchos capítulosde los cursos dictados en la IngenieríaMecánica como son: Física(Hidrostática,hidrodinámica, corriente continua, corrientealterna, circuitos eléctricos),Materiales defabricación(Selección de material y suscaracterísticas), Resistencia deMateriales(Resistencia a la compresión),Cimentación de maquinas, Procesos deManufactura(Mecánica de banco, maquinasherramientas),etc desde este punto de vistase visualiza la importancia de este trabajocomo proyecto de investigación y aplicación.Así como también este proyecto demostrarala factibilidad de construir de un sumergibleutilizando materiales de uso común en elmedio y su futura utilización en el estudiosub-acuático.

DESARROLLO DEL TRABAJO

MATERIALES Y MÉTODOS

CASCO

El casco cuenta con las siguientedimensiones:Eslora:19 pulgadas, manga:04 pulgadas.Y se utilizó como único material el Clorurode Polivinilo (PVC).

Para evitar que cuando el submarino sedesplace tenga una resistencia considerabledel agua se moldeó un accesoriohidrodinámico de forma que permita el flujolaminar del agua.

PARTES DEL CASCO

1Accesorio moldeado.(Permite un flujolaminar).

1 Tubo de 11,25 pulgadas de longitud,diámetro 04 pulgadas.

1Reductor de diámetros: De 04 a 02pulgadas.

1Tapón hembra de :02 pulgadas diámetro

Sellante adhesivo.

Se tuvo las siguientes consideraciones paraelegir el material por ser: Hermético ,

Fig.3 Reductor de diámetros.

Fig.2 Tubo principal.

Fig.4 Tapon hembra.

Fig.1 Accesorio moldeado.

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hidrodinámico, precio y disponibilidad,características(resistencia a la compresión),fácil manejo.

SISTEMA ENGEL

Este sistema nos permite tener un dominiototal en la inmersión del submarino, ya quese controla de manera fina el ingreso y salidadel agua, de esta manera variando ladensidad del submarino permitiendo suinmersión. Mediante el tornillo sin fin se transmite lapotencia del motor previamente reducida lavelocidad, al buje y de este al pistón, de estamanera extrayendo o ingresando el agua delastre dentro del cilindro.Mediante unos indicadores(sensores)nosmantendremos informado en que momentoel lastre se encuentra lleno o todo locontrario.

Dispositivo Cilindro-Embolo.(100cm3

capacidad)Tornillo sin fin.Motor eléctrico 12 VCaja reductora de Velocidad.Accesorios de sujeciónBujeIndicadores de inicio y fin de carrera

Este sistema se encuentra cimentado sobre ellastre de acero inoxidable.

¿Por qué usar el reductor de velocidad?

La presión del agua actuando sobre la caradel pistón y estanqueidad de este originagrandes fuerzas que deben ser vencidas, aúncuando se procura que el sello entre elcilindro y el pistón sea perfecto, pero almismo tiempo de muy poco rozamiento parano originar elevados consumos, ello seconsigue mediante la reducción mecánica;de otra forma el motor y consumo del mismoseria muy elevados.

PROPULSIÓN

Para darle la capacidad de poder desplazarsese le adiciono a nuestro modelo un sistemade propulsión que consta de una propelaaccionada por un eje conectada a un motoreléctrico también con la velocidad reducida.Aquí un problema capital:

¿Cómo evitar el ingreso del agua a travésdel contacto casco-eje?

Se dio solución a este espinosoinconveniente acondicionando un estuchepara el eje y llenando cuidadosamente degrasa, de esta manera aseguramos lahermeticidad.Fig.6 Sistema Engel.

Fig.5. Ensamble de partes.

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Motor eléctrico de 12 VCaja reductora de Velocidad.Eje-PropelaSistema de Hermeticidad.

ENERGIA

Fuente de alimentación de 12 V

LASTRE

Barra de acero inoxidable de las siguientesdimensiones: longitud: 11 pulgadas, ancho:3,5 pulgadas, espesor:0,5 pulgadas

Masa del Lastre:2,300 gramos.

ESTABILIDAD

En el submarino actúan dos fuerzas opuestasque son, el centro de gravedad(CG), que esel centro de gravedad de todos los pesos y elcentro de flotabilidad ó carena (CC), que esel centro de empuje de las partessumergidas, que genera una fuerza como la

de cualquier cuerpo que flote y es haciaarriba.La estabilidad se consigue manteniendo elcentro de gravedad(CG) por debajo delcentro de flotabilidad o Centro decarena(CC).

FUNDAMENTACION TEORICA.

¿Por qué flota el submarino?

El hecho de que un submarino pueda flotar ,tanto en superficie, como en inmersión, sedebe a la existencia de dos fenómenosfísicos, que se enuncian bajo los nombres de"Principio de Pascal" y "Principio deArquímedes".

Principio de Pascal aplicado a unsubmarino.

Sobre cada punto del casco de un submarinosumergido, ejerce el agua una presiónperpendicular a la superficie del casco endicho punto y cuyo valor expresado enKg./cm2, es igual a la décima parte del queexpresa en metros la profundidad del puntoconsiderado, con respecto a la superficie dela mar.

Así en la figura 10 , las flechas indicanlas direcciones y los valores de la presión del

Fig. 9 Centro de gravedad vs Centro de flotabilidad.

Fig. 7 sistema de propulsión.

Fig.8. Lastre de Acero Inoxidable.

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agua (presión hidrostática) en distintospuntos del casco.

Estos valores son en Kg./cm2, la décimaparte de los que expresan, en metros lasprofundidades de los puntos considerados.(100psi=7 Kg./cm2) cuanto mas profundoeste un punto del casco mayor será el valorde la presión hidrostática en él.

Si se suman vectorialmente las presioneshidrostáticas en todas y cada uno de lospuntos de la superficie del casco, se obtendráuna resultante, a la que llamaremos "f",aplicada en un punto interior del submarinollamado "centro de carena" (CC) , dirigidahacia la superficie del mar y perpendicular ael. (ver figura 11).

Esto indica que en virtud del principio dePascal, el submarino tiende a subir hacia lasuperficie y en dirección perpendicular aella.

Principio de Arquímedes aplicado a unsubmarino

El principio de Arquímedes es realmente unaconsecuencia del de Pascal; cuando se aplicaa un submarino, puede enunciarse diciendo:

“Todo submarino a flote experimenta unempuje hacia arriba, cuyo valor es igual alpeso del volumen de agua desalojado por elsubmarino”.

El mencionado empuje, no es sino lafuerza "f" cuya existencia se deducemediante el principio de Pascal.

El principio de Arquímedes nos permitecalcular el valor de esta fuerza (empuje),pesando el volumen de agua desalojado porel submarino.

Centro de gravedad

El peso "p", es igual a la suma de los pesosdel casco, equipos, lastre, instalaciones, etc.y como sucedía con el empuje, puedesuponerse también concentrado en un puntointerior del submarino, que en este caso sedenomina "centro de gravedad”(CG).

Los estados de equilibrio y desequilibriodel submarino en inmersión

Fig.10 Principio Pascal

Fig.11 principio de Pascal.

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De todo lo expuesto se deduce, que sobre unsubmarino en inmersión actúanconstantemente dos fuerzas:

• El peso "p", aplicado en su centro degravedad que tiende a llevar alsubmarino "hacia el fondo".

• El empuje "f", aplicado en su centro decarena, que tiende a llevar al submarino"hacia la superficie". Cuando:• El peso sea igual al empuje, el submarinose mantendrá inmóvil entre dos aguas.(buque trimado).• El peso sea mayor que el empuje, tenderaa descender hacia el fondo. (buque pesado).

• El empuje sea mayor que el peso, tenderaa ascender hacia la superficie. (buqueligero).

RESULTADOS

• El volumen total del submarino es de:3498,18 cm3 .

• El peso del submarino es de 3500 gr.Entonces la densidad del submarino seria:

:

Vm =1.00052

sub agua

Por lo tanto el submarino flota.Esto quiere decir cuando el dispositivoEngel permita el ingreso de agua la densidadaumenta y el submarino se sumerge.

CONCLUSIONES

• Es posible construir un mini submarinocon materiales de fácil disponibilidad en elmercado, incluyendo el diseño y fabricacióndel equipo Engel.

• El equipo Engel permite mantener undominio total en la inmersión del submarinoa través del ingreso y expulsión del agua enforma controlada.

• Este proyecto sirve como materialdidáctico importantísimo para losestudiantes de pre-grado ya que se puedenaplicar muchos de los fundamentos teóricosde la ingeniería mecánica.

• De esta manera demostramos laviabilidad de difundir en el país elapasionante deporte de la construcción demodelos navales a escala sin necesidad deinvertir ingentes cantidades de dinero.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. LibroFísica II (sección: Hidrostática)

Ausberto Rojas Saldaña.2. Libro Resistencia de Materiales. Popov.3. Artículo de Internet. Constructores argentinos de modelos navales a escala

http://www.camne.org.ar4. Artículo de Internet.

Proyectos de construcción desubmarinos.http://web.ticino.com/submarine

ANEXOS

Propiedades físicas y mecánicas delPVC(Cloruro de Polivinilo)

Peso especifico: 1.35-1.55 g/cm3

Resistencia a la tracción: 2-6 kg/mm2

Resistencia a la compresión:7-9 kg/mm2

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