Cohete Propulsado Por Agua

Resumen ejecutivo

En el siguiente informe se presenta un cohete a propulsión de agua, cuyos objetivos principales son que realice una trayectoria en línea recta, que sea posible reducir las pérdidas de energía y retornar a la tierra con un huevo crudo en su interior sin sufrir cambios físicos. Cabe destacar que todo será realizado con materiales caseros y de fácil acceso como botellas, plasticina, tubos de PVC, hilo pita, elásticos, velcro, esponja, y huincha adhesiva entre otros.

La metodología de este proyecto comenzó con una profunda investigación sobre los cohetes de agua, seguida por una asignación de tareas y encargados, construyendo para este propósito una carta Gantt. Luego, se buscó y eligió cual sería el diseño más apropiado y los materiales necesarios. Se estudió la teoría y principios de operación del cohete, para luego construirlo, hacer pruebas de prototipo, modificarlo y tener el cohete final.

Los principios físicos que permiten que el cohete sea propulsado son principalmente la Ley de acción y reacción y la fuerza de Empuje. El cohete es alimentado con un litro de agua, que se usa como combustible, mediante un compresor se le aplica presión hasta un nivel lo suficientemente alto para que ocurra el lanzamiento, en este momento el cohete es disparado ocurriendo una reacción entre el líquido en su interior y el aire comprimido en su interior, al haber diferencias de presión y de densidad, la fuerza de empuje impulsa al cohete a través del aire hasta que la fuerza peso y la fuerza de roce terminan por igualarla, en este momento el cohete alcanza su máxima altitud y comienza el descenso.

El cohete posee varios mecanismos necesarios para cumplir con su cometido, posee como se mencionó un lanzador de varios rieles que asegura su trayectoria recta, un sistema de paracaídas que es accionado luego de ser lanzado para aumentar la fuerza de roce en el descenso, un mecanismo para elegir el momento en el cual el cohete se desprende del lanzador al haber alcanzado la presión ideal y un compartimento que permite la instalación de la carga y que da la seguridad de que esta vuelva intacta incluso ante el fallo del paracaídas, todo esto acompañado de una instalación mediante tuberías que hace posible la conexión con el compresor, reduciendo las pérdidas en el trayecto.

Los resultados obtenidos son favorables, ya que, se acercan a lo esperado teóricamente, la formulación del diseño permite comprender paso a paso los acontecimientos que ocurren desde que se empieza a aplicar presión al interior del cohete hasta que este vuelve nuevamente a tierra. Las pruebas realizadas apuntan que el cohete volará aproximadamente hasta una altura de 20 a 25 [m] y que la velocidad máxima alcanzada estará cerca de los 20 [m/s].

El aprendizaje durante el desarrollo del proyecto nos permitió comprender la manera en que se comporta un cohete propulsado por agua y también nos entrega conocimientos suficientes para entender una serie de fenómenos que podemos ver en el día a día. Se puede concluir que el proyecto fue desarrollado correctamente y que el modelamiento realizado cumple con las especificaciones y los objetivos requeridos. Este tipo de modelos se ha utilizado últimamente para tomar fotografías aéreas, debido a su bajo costo y rapidez, además son objetos que permiten realizar otros tipos de investigación y hasta existe una competencia y organización a nivel mundial que permite el continuo mejoramiento de estos modelos, es por esto que la relevancia y comprensión de este proyecto no es menor.

Introducción:

“Un cohete de agua es un tipo de cohete de modelismo que usa agua como propelente de reacción. La cámara de presión, motor del cohete, es generalmente una botella de plástico. El agua es lanzada fuera por un gas a presión, normalmente aire comprimido, lo que impulsa el cohete según la 3ª ley de Newton. ’’ Así, define Wikepedia un cohete de agua, y lo que le faltaría agregarle para que cumpla con la definición de este proyecto son los principios que rigen en su ascenso como la fuerza de empuje, gravedad, ecuaciones de movimiento; en su trayectoria las Ecuaciones de Bernoulli, movimiento y Continuidad; y en el descenso con paracaídas, ecuaciones de movimiento con la aceleración del cohete, la gravedad y roce existente entre el cohete y el aire. También, es fundamental para la creación de este cohete y en base al objetivo de que se eleve en línea recta y regrese con su carga intacta, es no dejar las dimensiones del cohete al azar. Para ello, se tendrá en cuenta el tipo de lanzador a utilizar, la altura de la columna de agua al interior del cohete, la cantidad de aire a inyectar, el diámetro de orificio por el cual saldrá el agua propulsada, las medidas del paracaídas, el peso del cohete, etc. Todas estas dimensiones afectarán tanto en la presión al interior de la botella, la velocidad y altura que alcanzará. Se buscará definirlas teóricamente y variar estos parámetros de tal forma de identificar cuáles son los valores precisos para elevarse en línea recta, reducir pérdidas de energía y retornar con su carga intacta a la tierra. Para ello, será utilizado como herramienta de apoyo el siguiente simulador: http://polyplex.org/rockets/simulation/simulate.cgi.

Todo lo anterior, está justificado en la bibliografía de fases anteriores, en los prototipos realizados, y en este informe se presentará el diseño del cohete a cabalidad con sus dimensiones y parámetros físicos que permitirán ganar la competencia.

Alcance

El alcance más directo que tiene la creación de este cohete es en primera instancia el aprendizaje que ha ido obteniendo cada integrante del grupo. Al estudiar la parte teórica de este proyecto se puede comprender la física y ecuaciones vistas en el curso, y es interesante verlas reflejadas en algo práctico y tan tangible como la realización de este cohete, ya sea, en los prototipos o el día mismo de la competencia. Otro alcance no menor es el que otorgan las presentaciones de todos los grupos, los cuales aportan otros puntos de vista, en el cual todos pueden aprender de todos e ir perfeccionándose mutuamente.

El principal objetivo de este proyecto es lograr que el cohete alcance la mayor altura posible, en línea recta y que vuelva a tierra con el huevo crudo intacto. Los objetivos más específicos son cuantificar mediante las ecuaciones aprendidas en el curso la velocidad y altura que alcanzará el cohete, las pérdidas de energía que ocurran, y cómo poder minimizar estas últimas, para poder así, hacer gestión energética. Los resultados obtenidos avalarán de una u otra forma que tan bien se desarrolló el aprendizaje del proyecto y con esto se podrá concluir si las metas fueron

...