Efecto Magnus

Estado del Proyecto al 16/06/08

2008-06-16T10:27:00.000-07:00

-Las entradas anteriores han sido actualizados, de acuerdo al trabajo realizado.

-Se estan terminando los ultimos detalles de las "mejoras".

-El informe esta siendo actualizado para entregarlo en un par de horas.

El proyecto mismo esta en su etapa final, solo se estan retocando pequeños detalles. Las cosas se complicaron bastante y nos alejamos de algunos aspectos originales, como ya hemos indicado. A pesar de todo esto, el Argos esta listo para su participación en la competencia y arrasar en ella.

Planificación para los próximos días

2008-06-06T13:41:00.000-07:00

Ideal habría sido tener listo el argos para este fin de semana, pero mientras esperamos por la autorización, hemos planificado nuestras acciones para los próximos días:

Por otra parte, luego de las pruebas quizás haya necesidad de alterar algunos aspectos del Argos. Hemos trabajado para que nuestro diseño no necesite mejoras, pero como siempre habrán factores que pasamos por alto, nos hemos dedicado a pensar cuales podrían ser los posibles cambios a nuestro diseño. En concreto solo hemos encontrado dos posibles cambios necesarios:

- Aumentar el lastre. Si la embarcación llegase a ser más ligera e inestable de lo estimado, colocaremos una tira de metal por el borde de la quilla a fin de hacer lastre, aumentar el peso de la embarcación y bajar su centro de masa.

- Reubicar los motores. Si los motores no generan el avance esperado, intentaremos variar la posición de los motores, para ver si influye en este aspecto o no.

Aún así, esperamos que estos cambios no sean necesarios.

Actualización Domingo 15 de Junio:

Luego de recibir la autorización para trabajar en Lo Contador, construimos el molde de la embarcación en poliestireno de alta densidad (para lo cual necesitábamos herramientas mas sofisticadas de lo normal, que se encontraban en esos talleres), y luego finalizamos la embarcación en casa de uno de los integrantes.

Tal como se había estimado, fue necesario aumentar el peso de la quilla, para darle mas estabilidad a la embarcación. Por otra parte, al instalar los motores, hubo problemas con los materiales, por lo que improvisamos un nuevo sistema de soporte, descrito a continuacion:

El motor se encuentra afirmado entre dos placas de madera con la forma de la embarcación, las cuales van unidas al cuerpo de esta.

Estas fueron la únicas modificaciónes realizada al Argos, ya que cumple satisfactoriamente el resto de las restricciones.

Estimación de Costos

2008-06-06T13:19:00.000-07:00

Lamentablemente estamos estancados con la finalización del Argos, por aspectos administrativos que nos impiden trabajar en los talleres de Lo Contador. Estamos a la espera de que el profesor se comunique con los encargados para certificar que estamos trabajando en el marco de un proyecto del curso y así autorizarnos a utilizar los talleres.

Mientras tanto, damos un resumen del costo del proyecto:

- Bloque de Poliestireno Expandido - $ 4000

Para trabajar con fibra de vidrio es necesario crear un molde "positivo" (de la misma forma que se desea obtener). Para esto usamos poliestireno expandido que es más fácil de moldear.

- Batería Alcalina de 9V - $ 2500

Para asegurarnos de que el Argos no se quede sin energía a medio camino, decidimos utilizar una batería alcalina en vez de una convencional. Esperamos que la razón precio-calidad sea efectiva.

- Resina y Fibra de Vidrio - $6000

Aunque aún no hemos comprado este material (ya que estamos esperando a obtener la autorización), un experto en el tema nos aseguró que para nuestros requerimientos, el precio no excederá este monto.

- Madera de Balsa - $2000

Como solo utilizaremos madera de balsa para la cubierta, no fue necesaria una gran cantidad.

Es claro que quedamos muy apretados con el presupuesto. Por suerte contamos con los materiales restantes, como brochas y otros, por lo que no será necesario comprarlos.

Descripción del Argos

2008-06-01T20:55:00.001-07:00

Finalmente nuestro diseño ha alcanzado su forma oficial. Fueron varios intentos hasta conseguirlos, sin embargo el diseño no varía mucho respecto a como era en un principio.

Aquí vemos un diseño del Argos flotando en el agua:

Para alcanzar este diseño, tuvimos que considerar tres aspectos principalmente, estos son:

- Tamaño:

Las dimensiones del Argos estaban restringidas por factores como el ancho del canal, la potencia de los motores, el espacio que ocuparían estos mismos, nivel de flotación, entre otros. Teniendo en mente todo esto, estimamos que las dimensiones del Argos deberían ser las siguientes:

Vista superior

Vista frontal

Vista lateral

- Posición de los motores:

Para colocar los motores en el Argos y mantenerlos firmes, se requiere de un material resistente, pero ligero, para que no haga muy pesada la embarcación. Por esto optamos por hacer una doble cubierta de madera de balsa e instalar los motores como se muestra a continuación:

- Estabilidad:

Una embarcación de baja densidad presenta el problema de ser demasiada ligera y "dejarse llevar" por el flujo de aire al cual estará sometida mientras navega. Además el Argos debe ser capaz de mantenerse estable mientras navega, como cualquier embarcación. Esto nos llevó a aceptar la idea de una quilla de grandes dimensiones, la cual cumple dos funciones básicas, mantener recta la trayectoria del Argos y bajar el centro de masa, con lo que obtenemos estabilidad en ambos aspectos.

Por ahora estamos buscando los materiales finales como la fibra de vidrio y la resina, para luego trabajar en los talleres de Lo Contador y terminar finalmente la embarcación.

Manos a la obra!!

2008-05-29T12:13:00.000-07:00

Esta semana hemos comenzado la construcción del Argos!

Realmente ha sido más complicado de lo que creiamos, pero vamos por buen camino. El sistema de velas esta casi listo, solo faltan las baterías y la embarcación misma ya esta siendo trabajada.

El tiempo apremia, así que más adelante daremos mas detalles!

Estado del Proyecto al 16/05/2008

2008-05-15T13:47:00.000-07:00

Cuando estamos a solo pasos de saber como lucirá nuestro "Argos", el estado de nuestro trabajo es el siguiente:

- Hemos actualizado material de nuestro blog, como nuestras presentaciones.

- Dos prediseños están siendo evaluados por nuestro grupo. Esta evaluación esta basada en las investigaciones de nuestros integrantes, que contempla tanto búsquedas en internet, como en libros y consultas a personas con alguna experiencia en el tema.

- El sistema de propulsión esta siendo desarrollado. Por ahora estamos buscando los materiales idóneos para nuestras necesidades.

- Los materiales para la construcción están en proceso de cotización.

Como ven, estamos plenamente concentrados en la pre-elaboración del "Argos", tras lo cual nos dedicaremos a la construcción misma y luego a su evaluación.

Confiamos totalmente en que nuestro barco será el mejor. Incluso algún día podría llegar a ser el "Alcyone" de su época.

Video del "Alcyone", el barco impulsado por el efecto Magnus más renombrado de la actualidad.

Actualización de Tareas y Metas

2008-05-15T12:50:00.001-07:00

A medida que el proyecto avanza, dejamos atrás las tareas básicas y nos enfocamos en resolver los nuevos problemas que van surgiendo. A modo de resumen, esta es nuestra asignación actual de tareas:

G. Cattan, Coordinador General:

- Recopilar información sobre las embarcaciones tipo catamarán, en especial sobre parámetros de estabilidad.

- Definir materiales, tamaño y proporciones para esta embarcación.

F. Cruz, Jefe de Investigación y Construcción:

- Recopilar información sobre la instrucción misma de embarcaciones convencionales y parámetros para optimizar la "quilla" en cuanto a estabilidad y lastre.

- Definir materiales óptimos para cada parte de la embarcación.

F. Otarola, Jefe de Diseño:

- Analizar y definir la manera más eficiente de conectar los motores a las velas.

- Investigar precios y lugares para obtener los materiales necesarios.

D. Pinto, Blog y Comunicaciones:

- Analizar y definir las mejores formas de incorporar el sistema de propulsión a las embarcaciones.

- Investigar y definir el mejor dispositivo de encendido para el sistema de propulsión.

Es claro que en esta etapa del proyecto, todos vamos más allá de nuestros cargos y tomamos tareas que quizás no son de nuestro interés ni agrado, pero sabemos que solo trabajando en grupo lograremos cumplir exitosamente nuestro fin, lo que nos lleva a trabajar arduamente y de buena manera.

Además de estas tareas, el grupo en general se ha encargado de confeccionar el informe y aportar al Blog.

Metas más próximas:

Para cumplir nuestros propósitos de manera ordenada, hemos establecido y otorgado tiempos a nuestras metas más urgentes:

- 19 / 05 : Haber evaluado y elegido la mejor embarcación .

- 25 / 05 : Tener listo el sistema alimentación-motor-vela.

- 26 / 05 : Comenzar la construcción de la embarcación. Máximo dos semanas.

- Junio : Probar y optimizar la embarcación.

Si logramos cumplir estas metas, estamos seguros que nuestro proyecto funcionará perfectamente.

Motores y Diseños

2008-05-15T09:37:00.000-07:00

Esta semana hemos conseguido los motores y las velas cilíndricas, piezas clave para la elección definitiva del "Argos", de entre nuestros prediseños. La capacidad necesaria para contener los motores y la fuente de energía, es una variable importante en la elección de nuestra embarcación y pese a que ya teníamos las especificaciones de estos, las estimaciones pertinentes son mucho mejores al tenerlos en nuestra manos.

Por otra parte, los prediseños del "Argos" que hemos desarrollado, incorporan distintos factores difíciles de evaluar con la poca experiencia que poseemos respecto a estos temas, lo que nos ha complicado la tarea. Aquí resumimos en parte los diferentes diseños que hemos planteado:

Embarcación convencional de quilla amplia

Si de apegarnos a lo convencional se trata, esta es nuestro diseño ganador. En esencia tiene la forma de un bote cualquiera, lo único que lo hace distinto es su gran quilla, la cual tiene dos grandes propósitos: estabilidad extra frente a la corriente de viento horizontal y bajar el centro de masa (lastre).

Embarcación de dos cascos:

Conocido como catamarán, esta embarcación entrega estabilidad y rapidez. Con dos cascos unidos sobre el agua, la clave de su estabilidad esta en su geometría. Sin embargo, a pesar de ser mas liviano, este tipo de embarcación ocupa mas espacio, lo que es un impedimento considerando que deberá navegar por un estrecho canal.

Diseño experimental:

En palabras simples, son dos semi esferas unidas por un eje paralelo al sentido de navegación. Aunque fue descartado rápidamente, por no tener información ni referencias sobre este tipo de embarcaciones, lo incluimos ya que es testigo fiel de que también barajamos ideas innovadoras.

Finalmente, solo resta hacer pequeñas estimaciones para elegir una opción, la cual claramente no publicaremos tan rápidamente, para mantener el "factor sorpresa".

Incluimos una pequeña y simple animación de estos diseños:

Estado del Proyecto al 25/04/2008

2008-04-25T14:20:00.001-07:00

A medida que avanza el semestre, también lo hace nuestro proyecto.

Actualmente estamos enfocados en los aspectos más técnicos del diseño del "Argos", como materiales, dimensiones y otros.

Las ideas han ido surgiendo y, aunque aun no hay nada concreto, ya tenemos una linea a seguir:

- Optimizar la posición del sistema de motores y cilindros, incluida la alimentación.

- Enfocar el diseño a la estabilidad de la embarcación misma como de la dirección.

- Elegir el mejor método de encendido de los motores.

- Buscar los materiales apropiados para cada parte del barco.

Una vez resueltos estos puntos, nos centraremos en la confección misma de la embarcación, enfrentando todos los posibles problemas que esta conlleva, pero eso se verá mas adelante.

Barcos Flettner

2008-04-25T13:50:00.000-07:00

Tal como todos los proyectos aplicados, el nuestro tiene una parte teórica y una practica. La parte teórica ya ha sido tratada parcialmente en la explicación del Efecto Magnus, y ahora revisaremos los antecedentes de la parte practica, resumiendo el trabajo de Anton Flettner respecto a este tema: Los barcos de Flettner.

Herr Anton Flettner (1885-1961) fue un brillante físico alemán que trabajo en varios aspectos de la aero e hidrodinámica. Entre sus trabajos destacan los "barcos de velas rotatorias", los cuales eran impulsados por grandes cilindros que aprovechaban el efecto magnus para este propósito. Flettner fue el primero en idear este sistema de propulsión, o al menos él fue quien primero lo llevo a la práctica, al mandar a transformar un velero en un barco de cilindros, rebautizado como Buckau (o Baden-Baden). Sin embargo, la genialidad de su invento se debe a que esta velas rotatorias son mucho mas livianas que la estructura entera de velamen y además son casi diez veces más eficientes, esto es, un metro cuadrado de los cilindros generan una potencia similar a la de diez metros cuadrados de vela. Flettner se aseguró de dejar esto en claro, al vencer a un velero, similar al antiguo Buckau, en una carrera. Tanto fue el impacto en su época que la armada de su país mandó a construir varios barcos de cilindros. Sin embargo estos barcos fueron dejados de lado por el bajo costo del combustible en esa época, lo que hacía más rentable los barcos a motor.

Actualmente la idea general ha sido tomada y mejorada, lo que ha dado por resultado interesantes embarcaciones experimentales, pero aun en un bajo número. Pero considerando la crisis energética actual del mundo, es probable que estos barcos tengan un resurgimiento triunfal.

Para más referencias buscar "rotor Flettner", "barcos Flettner" en internet o revisar los vínculos de nuestro blog.

Efecto Magnus

2008-04-20T20:51:00.000-07:00

A continuación exponemos una breve explicación del efecto magnus :

El fenómeno físico denominado efecto magnus, que recibe su nombre del químico y físico Heinrich Magnus, da cuenta de cómo la rotación de un cuerpo modifica su trayectoria a través de un fluido. Consiste en una combinación del Trinomio de Bernoulli actuando en conjunto con otros fenómenos, como el proceso de formación de la capa límite (zona alrededor de un cuerpo que se mueve a través de un fluido donde la velocidad de este último respecto al cuerpo va desde cero al 99% de la velocidad de la corriente exterior). Es responsable entre otras cosas, del “efecto” de la pelota de fútbol o la de ping-pong (una trayectoria mas o menos circular, por lo que es responsable de los goles de esquina).

Podemos ver en la imagen un cuerpo cilíndrico (visto desde arriba), inmerso en un fluido que se desplaza hacia la izquierda, y que está girando sobre su eje en sentido horario. En el punto más bajo la velocidad del fluido aumenta debido al giro del cuerpo y su arrastre, al contrario del punto superior donde la velocidad del fluido disminuye ya que el giro es en contra de la dirección del fluido, causando la disminución de su velocidad. Debido a esta diferencia de velocidades arriba y abajo, de acuerdo con la ecuación de Bernoulli(ver mas abajo), la presión en el punto inferior con respecto al punto superior disminuye, causando una fuerza vertical la cual desplaza al cuerpo de manera perpendicular a las líneas de corriente del fluido. Esta fuerza resultante, llamada sustentación, empuja entonces al cuerpo hacia abajo. A esto se llama Efecto Magnus.

Anexo:
Ecuación de Bernoulli: la presión de un fluido con velocidad v es p=(rho)v^2/2, Donde rho es la densidad constante de un fluido incomprensible.

Estado del Proyecto al 20 / 04 / 08

2008-04-20T12:30:00.000-07:00

Actualmente todos los miembros del equipo se encuentran investigando el efecto Magnus bajo la guía del Jefe de Investigación para luego proceder a la fase de Diseño Preliminar. Dado que la cantidad de datos es grande, gran parte de los esfuerzos se vierten sobre procesarla para convertirla en información digerible y utilizable de manera cómoda para las fases posteriores de desarrollo.

Integrantes, Metas y Objetivos

2008-04-20T12:22:00.000-07:00

Para cumplir satisfactoriamente este proyecto formamos un grupo idóneo, compuesto por los cuatro intrépidos ingenieros y bravos hombres de mar, de aquí en adelante “Argonautas”:

Gabriel Cattan Castillo: Coordinador General.

Cuando niño solíamos junto a mi padre salir a navegar en nuestro barco “Vagabundo Hermes”, por las costas de nuestro país. Fue ahí cuando conocí de primera mano la importancia de una buena embarcación y de las propiedades físicas y geométricas de ésta al enfrentar distintos caudales y condiciones de marea. Ahora, después de haber diseñado y construido desde Mediaguas de emergencia hasta Sistemas de Información a lo largo de cuatro años de carrera, tengo junto a mi grupo la oportunidad de participar en el diseño de una embarcación con el mismo fin que me impulsaba en mi niñez, superar mis propias limitaciones.

Felipe Cruz San Martin: Jefe de Investigación y Construccion.

Experiencias de diseño he tenido muchas durante mi vida, De hecho mi primer recuerdo fue querer convertir un barco de juguete en un auto, y claro con las herramientas que tiene un niño de cuatro años no fue muy productivo, así la vida de mis juguetes fue muy corta y triste para ellos, pero productiva en experiencias para mí. Más grande estos juegos de destrucción/construcción derivaron en proyectos de diseño más concretos como construir mi propia cama o mi velador, hasta diseñar y construir una guitarra eléctrica desde un bloque de madera. Así fue como en el transcurso de mi vida las experiencias enriquecieron y afirmaron mi decisión de estudiar ingeniería. Ya entrando a plan común de ingeniería, me enfrenté a problemas de diseño más sofisticados como en el ramo “Desafíos de la Ingeniería” y nuestro proyecto “Power Break Bike”, una bicicleta que reutilizaba energía del pedaleo: almacenaba energía cinética perdida en el frenado y la reutilizaba en la partida. Otro proyecto interesante fue el examen del ramo “Modelos y Prototipos”, correspondiente al minor en Diseño Integral que estoy cursando, el cual consistió en hacer un casco de lancha en fibra de vidrio, y cuya evaluación terminaba con una competencia de que barco tendía a conservar mejor su movimiento en línea recta, con la complicación de llevar un ladrillo de un kilogramo acuestas.
En cada experiencia de investigación/diseño/implementación he aprendido un poco mas como abarcar un proyecto y comprender, predecir y tratar las diversas limitaciones. Así es que ahora me encuentro empezando un nuevo proyecto con mucho entusiasmo y expectativas de lo que nos espera, por lo cual tomo con gusto el cargo de jefe de investigación y construcción de los “Argonautas”.

Felipe Otarola Iturriaga: Diseñador Jefe.

Mi aporte fundamental va a estar en la parte de modelación y de diseño de nuestro prototipo, ya que poseo un gran conocimiento en el uso de programas como autocad y sketch up, ya que he trabajado con ellos desde el colegio (3º y 4º medio, en el curso de diseño), también en el prototipo de la “Puerta Aerodinámica”, proyecto del curso "Desafíos de la Ingeniería" y por ultimo el diseño de mediaguas en trabajos de invierno.También poseo muchas ganas de poder sacar adelante este proyecto ya que es la forma practica de ver la teoría, es decir aplicar nuestro conocimiento, por ende tengo mucho entusiasmo por trabajar en él.Realmente no poseo todavía todos los elementos necesarios para crear el proyecto, por eso una de mis metas es esforzarme al máximo por el aprender cosas nuevas y lograr un prototipo eficiente y ganador.

Daniel Pinto Sepúlveda: Webmaster y Comunicaciones.

Desde que tengo memoria mi sueño de niñez fue crear robots o cualquier máquina capaz de llevar al hombre más allá de sus capacidades físicas y naturales. A medida que crecí y fui comprendiendo cada vez más el mundo, entendí que la mejor manera para concretar ese sueño era estudiar ingeniería y especializarme en cualquier área relacionada con la robótica. Después de dieciséis años, estoy aquí intentando alcanzar mi sueño y demostrar que soy capaz de ello.
Pese a que una embarcación dista mucho de un robot, o al menos el tipo de embarcación en el que trabajaremos en este proyecto, este reto pone a prueba mis capacidades como estudiante de ingeniería, lo que me motiva de buena manera a concretarlo satisfactoriamente. Además, siempre hay tareas de mi interés, como el manejo de la información a través de la web o el sistema eléctrico que debe llevar la embarcación, lo que hace más interesante afrontar esta tarea.

Los Argonautas tenemos como meta principal investigar, diseñar y construir eficazmente una embarcación (de aquí en adelante el “Argos”) que satisfaga todos los requerimientos y restricciones intrínsecos e impuestos al problema y así triunfar en la competencia organizada por el DIHA (Departamento de Ingeniería Hidráulica y Ambiental), dentro del curso Mecánica de Fluidos dictado por el Profesor Rodrigo Cienfuegos, el primer semestre de este año 2008.

Para ellos hemos definido una serie de Objetivos cuyo cumplimiento nos llevará al éxito en nuestra meta. Estos son:

a) Comprender a cabalidad el Efecto Magnus, su teoría y sus aplicaciones prácticas.
b) Familiarizarnos con el proceso de diseño de embarcaciones de baja envergadura, así como con las características de los materiales comúnmente usados.
c) Elaborar un diseño robusto, confiable y original, capaz de sortear los obstáculos y complicaciones que hallemos en el camino.
d) Construir un prototipo que se ajuste a los requisitos de la competencia y cumpla con nuestras expectativas, contando con claras ventajas competitivas.
e) Mantener un diario de vida del proyecto como repositorio para la adecuada comunicación intra y extragrupal, documentando las etapas del diseño, nuestras actividades y estado de avance.

Foto del grupo. De izquierda a derecha: D.Pinto, F.Cruz, G.Cattan y F.Otarola.

Definición y Especificaciones de Diseño

2008-04-20T12:09:00.000-07:00

PROYECTO APLICADO MECÁNICA DE FLUIDOS
“Efecto Magnus sobre una embarcación”

DEFINICIÓN

El desafío de este semestre es diseñar y construir una pequeña embarcación que cumpla con restricciones y reglas en relación a potencia disponible para impulsarlo y presupuesto.
La propulsión de la embarcación se obtendrá a partir dos mástiles cilíndricos en rotación sobre los cuales soplará viento. La distribución de presiones sobre los cilindros produce un empuje neto en la dirección perpendicular al viento (llamado “Efecto Magnus”). Esta embarcación debe flotar de manera estable y moverse en forma controlada y en línea recta.

ESPECIFICACIONES DE DISEÑO

Las características de la embarcación son las siguientes:

· No existen restricciones en cuanto a materiales, dimensiones o forma de la embarcación.
· El costo de los materiales empleados para su fabricación no debe sobrepasar los $15.000 (se deben adjuntar facturas o boletas con el costo de materiales utilizados).
· La embarcación debe contar con dos mástiles cilíndricos de diámetro D=50mm (proporcionados por el DIHA) conectados a pequeños motores capaces de hacerlos girar.
· Los dos pequeños motores serán proporcionados por el DIHA.

Con todos los elementos necesarios para su funcionamiento, la embarcación debe ser capaz de flotar en las siguientes condiciones:

· La línea de flotación debe situarse a mínimo 4 cm de la cubierta y máximo a 6 cm.
· El volumen desplazado por la embarcación terminada y con todos sus elementos debe ser superior a 200 cm3.
· Debe permanecer estable frente a solicitaciones externas, sin volcarse lateralmente ni en el sentido longitudinal, permaneciendo el eje principal del aparato horizontal.

La embarcación debe ser diseñada para desplazarse sobre el agua minimizando las fuerzas hidrodinámicas contrarias a su movimiento. La potencia para moverlo se obtendrá a partir de una corriente de aire que soplará sobre los mástiles rotativos de la embarcación.

· La corriente de aire que soplará sobre los mástiles será igual para todos los grupos. El DIHA preparará el laboratorio para producir esta corriente.
· Cada grupo debe aprovechar esta energía para lograr la mayor velocidad de desplazamiento en la embarcación, aprovechando las diferencias de presiones que se generarán sobre los mástiles en rotación.
· La embarcación será probada en un canal del laboratorio del DIHA
· La embarcación debe desplazarse en forma controlada sin desviarse.
· La embarcación debe contar con todos los elementos que considere necesarios para lograr la estabilidad y comportamiento hidrodinámico pedidos.

Nota: Extraído de la página del curso.

Introducción

2008-04-20T11:44:00.000-07:00

El día viernes 28 de Marzo se nos presentó el proyecto aplicado del curso Mecánica de Fluidos: “Construir una pequeña embarcación que se desplace sobre un canal del DIHA debido al Efecto Magnus”.
Este proyecto nos enfrentará a problemas como el proceso de diseño en ingeniería, nos llevará a desarrollar capacidades de trabajo en equipo y a lograr comunicar resultados y conclusiones.