ROBOT AERODESLIZADOR ROBOT HOVERCRAFT Marco Huapaya Arias, José Huamán Franco, Ángela Quiche Deudor, Linda Otero Sánchez, Jhan Díaz Damiano, José Gutiérrez. UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE, CARRERA DE INGENIERIA MECATRONICA, CURSO DE MECANICA DE FLUIDOS. RESUMEN: Este Proyecto de Robot Aerodeslizador es importante en varios aspectos, nombraremos los que más destacan: Como material didáctico, donde se puede estudiar las velocidades del viento, donde podemos romper la fricción gracias a la velocidad de salida, donde comprendemos las variables involucradas en la resolución del problema. Nuestro problema de investigación es ¿Cómo fabricar un Robot Aerodeslizador usando la fuerza generada por el viento de las hélices?, accionado manualmente por un dispositivo de control, diseñado para las zonas urbanas, instituciones, etc. Esperamos que pueda servir para futuras investigaciones. ABSTRACT: Robot Project Hovercraft This is important in several respects, we will name the most prominent: As teaching materials, where you can study wind speeds where friction can break through the output speed, where we understand the variables involved in the resolution problem. Our research question is How to make a Hovercraft Robot using the force generated by the wind from the propellers ?, manually operated by a control device, designed for urban areas, institutions, etc. Hopefully you will serve for future research. PALABRAS CLAVE: KEY WORDS: Potencia.
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ROBOT AERODESLIZADOR ROBOT HOVERCRAFT
Marco Huapaya Arias, José Huamán Franco, Ángela Quiche Deudor, Linda Otero Sánchez, Jhan Díaz Damiano, José Gutiérrez.
UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE, CARRERA DE INGENIERIA MECATRONICA, CURSO DE MECANICA DE FLUIDOS.
RESUMEN:
Este Proyecto de Robot Aerodeslizador es
importante en varios aspectos,
nombraremos los que más destacan:
Como material didáctico, donde se puede
estudiar las velocidades del viento, donde
podemos romper la fricción gracias a la
velocidad de salida, donde
comprendemos las variables involucradas
en la resolución del problema. Nuestro
problema de investigación es ¿Cómo
fabricar un Robot Aerodeslizador usando
la fuerza generada por el viento de las
hélices?, accionado manualmente por un
dispositivo de control, diseñado para las
zonas urbanas, instituciones, etc.
Esperamos que pueda servir para futuras
investigaciones.
ABSTRACT:
Robot Project Hovercraft This is
important in several respects, we will
name the most prominent: As teaching
materials, where you can study wind
speeds where friction can break through
the output speed, where we understand
the variables involved in the resolution
problem. Our research question is How to
make a Hovercraft Robot using the force
generated by the wind from the propellers
?, manually operated by a control device,
designed for urban areas, institutions, etc.
Hopefully you will serve for future
research.
PALABRAS CLAVE:
KEY WORDS:
Potencia.
Velocidad de Salida.
INTRODUCCION:
En nuestra formación como ingenieros, y
en la vida cotidiana, intervienen
diferentes disciplinas fundamentales, tal
es el caso de la mecánica de fluidos, que
es la parte de la mecánica que estudia
las leyes del comportamiento de los
fluidos en equilibrio (Hidrostática) y en
movimiento (Hidrodinámica).
En ese sentido, los fluidos experimentan
una serie de eventos, como por ejemplo
la acción de una fuerza que actúa en los
cuerpos sumergidos, llamada presión
hidrostática.
El presente informe describe el proceso
para hallar experimentalmente la fuerza
hidrostática ejercida sobre una superficie
totalmente sumergida (pierna hidráulica),
en consecuencia determinar el
comportamiento que tiene un fluido en su
distribución de presiones sobre una
superficie plana totalmente sumergida.
Determinar la posición del centro de
presiones de una superficie plana
totalmente sumergida en un líquido en
reposo.
Determinar la fuerza hidrostática que
ejerce un fluido sobre una superficie
sumergida que se encuentre en contacto
con él.
METODOS:
PRESIÓN Y ESTÁTICA DE FLUIDOS
1.1. LA PRESIÓNLa presión se define como una fuerza
normal ejercida por un fluido por unidad
de área. Se habla de presión sólo
cuando se trata de un gas o un líquido.
La contraparte de la presión en los
sólidos es el esfuerzo normal. Puesto
que la presión se define como fuerza por
unidad de área, tiene la unidad de
newtons por metro cuadrado (N/m2), la
cual se llama pascal (Pa); es decir,
Pa = 1 N/m2
La presión real que se encuentra en una
posición dada se llama presión absoluta,
y se mide en relación con el vacío
absoluto (es decir, presión cero
absoluta).
La mayoría de los instrumentos para
medir la presión se calibran para que den
una lectura de cero en la atmósfera (Fig.
3-1), de modo que indican la diferencia
entre la presión absoluta y la presión
atmosférica local. Esta diferencia se
llama presión manométrica. Las
presiones por abajo de la atmosférica se
conocen como presiones de vacío y se
miden con instrumentos de vacío que
indican la diferencia entre la presión
atmosférica y la absoluta. Las presiones
absoluta, manométrica y de vacío son
todas cantidades positivas y están
interrelacionadas por:
Este concepto se ilustra en la figura 3.1.
1.1. Presión en un puntoLa presión es la fuerza de compresión
por unidad de área y da la impresión de
ser un vector. Sin embargo, la presión en
cualquier punto en un fluido es la misma
en todas direcciones; es decir, tiene
magnitud pero no una dirección
específica y, en consecuencia, es una
cantidad escalar. Esto se puede
demostrar cuando se considera un
pequeño elemento de fluido con forma
de cuña de longitud unitaria
(perpendicular al plano de la página) en
equilibrio, como se muestra en la figura
3-2.
Las presiones medias en las tres
superficies son P1, P2 y P3, y la fuerza
que actúa sobre cada una de las
superficies es el producto de la presión
media y el área superficial. Según la
segunda ley de Newton, un balance de
fuerzas en las direcciones x y z da
Si se divide la primera ecuación entre ∆z
y la segunda ecuación entre ∆x se
obtiene
El último término de la ecuación se
cancela cuando ∆z 0 y la cuña se
vuelve infinitesimal y, por lo tanto, el
elemento de fluido se contrae hasta un
punto. La combinación de los resultados
de estas dos relaciones da
Se llega a la conclusión que la presión
en un punto en un fluido tiene la misma
magnitud en todas direcciones. Se puede
demostrar, en ausencia de fuerzas
cortantes, que este resultado es
aplicable a fluidos en movimiento y a
fluidos en reposo.
Variación de la presión con la profundidad
La presión en un fluido aumenta con la
profundidad porque descansa más fluido
sobre las capas más profundas, y el
efecto de este “peso adicional” sobre una
capa más profunda se equilibra por un
aumento en la presión.
Para obtener una relación para la
variación de la presión con la
profundidad, considérese un elemento
rectangular de fluido de altura ∆z,
longitud ∆x y profundidad unitaria
(perpendicular al plano de la página) en
equilibrio. Suponga que la densidad del
fluido sea constante, un balance de
fuerzas en la dirección z vertical da
Si se divide entre ∆x y se reordena se
obtiene
Por lo tanto, se llega a la conclusión que
la diferencia de presión entre dos puntos
en un fluido de densidad constante es
proporcional a la distancia vertical ∆z
entre esos puntos y a la densidad del
fluido. En otras palabras, la presión en
un fluido aumenta de manera lineal con
la profundidad
Estática de fluidosLa estática de fluidos trata de los
problemas relacionados con los fluidos
en reposo. El fluido puede ser gaseoso o
líquido. En general, la estática de fluidos
se llama hidrostática cuando el fluido es
un líquido y aeroestática, cuando el fluido
es un gas. En la estática de fluidos no se
tiene movimiento relativo entre capas
adyacentes del fluido y, por lo tanto, no
se tienen esfuerzos cortantes
(tangenciales) en éste que traten de
deformarlo. El único esfuerzo que se
trata en la estática de fluidos es el
esfuerzo normal, el cual es la presión, y
la variación de ésta sólo se debe al peso
del fluido. Por lo tanto, el tema de la
estática de fluidos únicamente tiene
significado en campos de gravedad y las
relaciones de fuerzas que se formaron
de manera natural incluyen la
aceleración gravitacional g. La fuerza
que se ejerce sobre una superficie por un
fluido en reposo es normal a esa
superficie en el punto de contacto,
puesto que no existe movimiento relativo
entre el fluido y la superficie sólida y,
como consecuencia, no pueden actuar
fuerzas cortantes paralelas a la
superficie.
La estática de fluidos se utiliza para
determinar las fuerzas que actúan sobre
cuerpos flotantes o sumergidos y las
fuerzas que generan algunos dispositivos
como las prensas hidráulicas y los gatos
para automóvil. El diseño de muchos
sistemas de ingeniería, como las presas
para agua y los tanques de
almacenamiento de líquidos, exige
determinar las fuerzas que actúan sobre
las superficies aplicando la estática de
fluidos. La descripción completa de
fuerza hidrostática resultante que actúa
sobre una superficie sumergida demanda
determinar la magnitud, la dirección y la
línea de acción de la fuerza. Se
consideran las fuerzas que actúan sobre
superficies planas y curvas de cuerpos
sumergidos, debidas a la presión.
Fuerzas hidrostáticas sobre superficies planas sumergidas
Sobre una superficie plana las fuerzas
hidrostáticas forman un sistema de
fuerzas paralelas y, a menudo, se
necesita determinar la magnitud de la
fuerza y su punto de aplicación, el cual
se llama centro de presión. En la
mayoría de los casos, el otro lado de la
placa está abierto a la atmósfera (como
el lado seco de una compuerta) y, donde,
la presión atmosférica actúa sobre los
dos lados de la placa y conduce a una
resultante cero. En esos casos conviene
restar la presión atmosférica y trabajar
sólo con la presión manométrica. Por
ejemplo, Pgage = ρgh en el fondo del lago.
Considérese la superficie superior de
una placa plana de manera arbitraria,
sumergida totalmente en un líquido,
como se muestra en la figura 3-3 junto
con su vista desde arriba. El plano de
esta superficie (normal al plano de la
página) se interseca con la superficie
libre horizontal y forma un ángulo u, y la
línea de intersección se toma como el eje
x. La presión absoluta arriba del líquido
es P0, la cual es la presión atmosférica
local Patm si ese líquido está abierto a la
atmósfera (pero P0 puede ser diferente
de Patm si se crea un vacío en el
espacio que está arriba del líquido o se
presuriza). Entonces la presión absoluta
en cualquier punto de la placa es
Figura 3-3. Fuerza hidrostática sobre la
superficie de un plano inclinado
totalmente sumergido en un líquido.
FLUJO DE MASA La cantidad de masa que fluye a través
de una sección transversal por unidad de
tiempo se llama razón de flujo de masa,
o simplemente flujo o gasto másico, se
denota por m
m=ρ∗v∗A
PRINCIPIO DE CONSERVACION DE MASA:La transferencia neta de masa hacia
dentro un volumen de control, o hacia
fuera de este, durante un intervalo ∆ t , es
igual al cambio neto (aumento o
disminución) en la masa total que está
dentro de ese volumen en el transcurso
de ∆ t ; es decir:
ment .−msal .=∆mvc
ENERGIA MECANICA Y EFICIENCIA:La energía mecánica se define como la
forma de energía que se puede convertir
completa y directamente a trabajo
mecánico por medio de un dispositivo
mecánico ideal, como por ejemplo una
bomba transfiere energía mecánica a un
fluido cuando su presión, y una turbina
extrae ese tipo de energía de un fluido y
hace bajar su presión, por lo tanto, la
presión de un fluido fluyente también
está asociado con su energía mecánica.
El trabajo del flujo se expresa en función
de las propiedades del fluido y es
conveniente ver como parte de la
energía de un fluido fluyente y llamarlo l
trabajo del flujo se expresa en función de
las propiedades del fluido y es
conveniente ver como parte de la
energía de un fluido fluyente y llamarlo
energía de flujo. La energía mecánica de
un fluido fluyente se puede expresar en
cuanto a la unidad de masa como:
emec .=Pρ
+ v2
2+gz
Donde Pρ es la energía de
flujo, v2
2 es la energía cinética y
gz es la energía potencial del fluido, todo
por unidad de masa.
Entonces, el cambio en la energía
mecánica de un fluido en el curso de un
flujo incompresible queda:
∆ emec .=P2−P1
ρ+V 1
2−V 22
2+g(Z2−Z1)
Por tanto, la energía mecánica de un fluido no cambia durante el flujo si su presión, densidad, velocidad, y elevación son constantes.
La transferencia de energía mecánica suele realizarse cuando se hace girar una flecha. Una bomba o un ventilador reciben trabajo en la flecha y lo transfieren al fluido como energía mecánica, por otro lado, una turbina convierte la energía mecánica de un fluido en trabajo en la flecha. En ausencia de cualquier factor irreversible como la fricción, la energía mecánica se puede convertir por completo de una forma hacia otra y la eficiencia mecánica de un dispositivo o proceso se puede definir como:
Debemos hallar la velocidad de salida de las hélices.
Solución:
Primeramente hallamos “P” que es la fuerza para romper la fricción.
P=W∗ar
P=0.7kg∗9.81m / s2∗0.50.0225m
P=134.6 N
V 2=√ Pp∗A
=√ 134.60.7∗(0.05)
V 2=62m /s
CENTROIDE. CENTRO DE MASES. CENTRO DE GRAVEDAD.
Centroide, Centro de Masa y Centro de Gravedad.
En la Física, el centroide, el centro de gravedad y el centro de masas pueden, bajo ciertas circunstancias, coincidir entre sí, aunque designan conceptos diferentes. El centroide es un concepto puramente geométrico que depende de la forma del sistema; el centro de masas depende de la distribución de materia, mientras que el centro de gravedad depende del campo gravitatorio.
Consideremos un cuerpo material:
Para que el centroide del cuerpo coincida con el centro de masa, el cuerpo debe tener densidad uniforme o una distribución de materia que presente ciertas propiedades, tales como la simetría.
Para que un centro de masa del cuerpo coincida con el centro de gravedad, el cuerpo debe estar bajo la
influencia de un campo gravitatorio uniforme.
Una figura cóncava puede tener su centroide en un punto situado fuera de la misma figura. El centroide de una lámina con forma de cuarto de Luna estará en algún punto fuera de la lámina.
El centroide de un triángulo (también llamado baricentro) se encuentra en el punto donde se intersecan sus transversales de gravedad (líneas que unen un vértice con el punto medio del lado opuesto). Este punto es también el centroide de la superficie del triángulo.
En nuestro caso, el cuerpo tiene una densidad uniforme, pues todo está considerado con el material de madera balsa. Además el cuerpo está bajo la influencia de un campo gravitatorio uniforme.
Queremos hallar el centro de gravedad del aerodeslizador, pero debido a que es un objeto con complejas formas, decidimos simplificarlo a polígonos simples para facilitar el cálculo matemático y podamos obtener un resultado aproximado
VISTA LATERAL.
X g=(A ¿¿1∗d1x)(A¿¿2∗d2x )(A¿¿3∗d3x )(A¿¿4∗d4 x)(A ¿¿5∗d5 x)
A1+A2+A3+A4+A5¿¿¿¿¿
X g=13535
505.0045=26.8
Y g=(A ¿¿1∗d1 y )(A¿¿2∗d2 y)(A¿¿3∗d3 y )(A ¿¿4∗d4 y )(A ¿¿5∗d5 y)
