Los principios físicos que inicialmente hemos considerado con especial atención son:
Flotación y Estabilidad.
Respecto a la flotación, sabemos que se debe cumplir la igualdad entre el módulo de la fuerza de empuje y el peso del bote (considerando la botella con agua). A continuación realizamos cálculos estimativos de algunas dimensiones relevantes como el largo, ancho y largo hundido (es decir, la profundidad a la que está la parte más baja del bote respecto a la línea de flotación). Para esto realizamos las siguientes estimaciones y simplficaciones:

1. El casco del bote se aproximó a un prisma de base triangular.
2. La proporción entre el ancho del bote y su "largo hundido" es 2, es decir, el ancho es 2 veces la distania bajo la línea de flotación.
3. El peso del bote, considerando la botella de agua, se aproximó a 1.5 kg.
4. El largo del bote se estimó en 30 cm.
5. La masa específica del agua se aproximó a 1000kg/m3
6. La aceleración de gravedad se aproximó a 10m/s2
   

El volumen sumergido del bote corresponde a:
base = a^2
largo = L
Vol_sumergido = a^2*L

Igualando el módulo del empuje al módulo del peso,

E = W
γ*Vol_sumergido = W
γ*a^2*L = W
a = (W/(γ*L))^(1/2)

reemplazando con los valores estimados, se obtiene que 'a' es aproximadamente 7 cm,por lo tanto el ancho es 14 cm. Y la profundidad a la que está la parte más baja del casco respecto a la línea de flotación son 7 cm.
Es decir, con un ancho de 14 cm y un largo de 30 cm, se puede soportar una carga de 15 N.

Luego, se debe cumplir la restricción de que la cubierta esté sobre la línea de flotación 5 cm, conociendo la distancia que el casco estará hundido, basta construirlo 5 cm más alto, es decir, el casco debe tener un alto de 12 cm.

Respecto a la estabilidad, realizar un estudio analítico se torna de suma complejidad, ya que hay que considerar el momento de inercia del sistema completo, es decir, del bote con la botella. El bote podría aproximarse a algún volumen conocido, pero la unión entre el bote y la botella se torna complejo de aproximar.
Lo que sí se puede mencionar respecto a la estabilidad es que se debe cumplir que

CG menor Io/Volsumergido

Io depende de las dimensiones del cuerpo, de modo que mientras la proporción sea más cercana entre una y otra (por ejemplo que el largo sea similar al ancho), se asegurará una mayor estabilidad.

Flotación de un Cuerpo

Se sabe que para que un cuerpo flote, este cuerpo debe desplazar un volumen de líquido igual a la masa del cuerpo. Donde se debe cumplir la siguiente relación:

W = E

W = Vcuerpo * Pcuerpo * g (Fuerza peso)

E = Vcarena * Pfluido * g (Empuje)

Vcuerpo: Volumen del Cuerpo

Pcuerpo: Masa Específica del Cuerpo

Pfluido: Masa Específica del Fluido

Vcarena: Volumen del cuerpo que queda sumergido

Estabilidad

M: Metacentro

G: Centro de Gravedad

Vc: Volumen de Carena

C: Centro de Carena

Ioo: Momento de Inercia del plano de agua en torno al eje de rotación

MC1 = Ioo/Vc

Se sabe entonces que para que el cuerpo se mantenga estable en el fluido correspondiente, se debe cumplir la siguiente relación:

ESTABILIDAD: CG menor MC1

En concreción, para que nuestro barco a escala junto con la botella de Coca-Cola que sostiene, flote; se deben considerar ambos volúmenes en la relación antes mencionada. Por otro lado, en términos de estabilidad cabe mencionar situaciones límites posibles. Como por ejemplo, que la botella de Coco Cola no se desplace a lo largo de la manga del barco, dado que cualquier desplazamiento ocasionado podría desplazar el centro de gravedad del cuerpo, de manera tal de ocasionar un momento que podría volcar el barco. Esto sucedería si la misma carga provoca un cambio considerable del volumen de carena del barco y por ende del metacentro (punto de acción del empuje). Por lo cual, hay que considerar las condiciones de estabilidad asociadas a las posiciones relativas del metacentro y del centro de gravedad.

Como idea a evaluar experimentalmente, surgió en el grupo la idea de agregar una rueda (similar a la de barcos de vapor) que fuese impulsada por el mismo chorro de agua a medida que es dirigida por el flujo de agua que 'cae' por la placa esférica.

Para decidir la forma del barco pensamos en la que fuera más hidrodinámica. Necesitamos una forma que disminuya la resistencia que pone el barco al agua, y claramente para ello se necesita una estructura alargada que tenga una parte delantera en forma de punta.

También debe poseer una quilla, que es una especie de aleta que va debajo del barco y que sirve para dar una mayor estabilidad direccional, lo que es clave para este proyecto. Esta quilla aporta además con peso extra para el barco en la parte de abajo, lo que favorece la estabilidad de flotación. Viendo el barco de frente, éste debe ser más ancho en la superficie, de ahí ir adelgazándose hacia abajo con una leve curvatura cerca de la parte media.

Esta forma favorece que el barco se mantenga lo más posible en su eje longitudinal mientras se mueve. Si abajo fuera plano, al agregar la botella con agua y sumado al impulso del chorro, el barco inmediatamente se desestabilizaría y se daría vuelta. Teniendo en cuenta estas consideraciones, nuestra idea del barco es la siguiente:

IMÁGENES CON SUS MEDIDAS;

En cuanto a materiales, hay distintas opciones que planteamos en un principio, como:

• Fibra de vidrio: Es un material resistente, firme y muy utilizado en embarcaciones. En este caso también deberíamos rellenar nuestro modelo con una espuma o un polímero de mediana densidad para hacer más pesado el barco y aumentar su estabilidad.
  
  
  Si desechamos las dos ideas anteriores, recurriríamos a utilizar un plástico como el PAI, que es fácil de curvar para darle la forma que queremos a la estructura, que igual sería rellenado con otro material tipo plástico o espuma.
  
  Estas son nuestras opciones por ahora. Una vez que estemos a punto de empezar a construir y hayamos recolectado información más especifica de las caracteristicas de los materiales y sus costos, tomaremos la decisión final del material a ocupar.

A continuación se presenta la planificación hecha para la realización del proyecto.

En el corto plazo hemos dividido el proyecto en 3 etapas esenciales

• ETAPA 1: Reunion y Brainstorming para lograr una idea que cumpla con las especificaciones que se nos pide y plantear materiales a usar.
  
  
• ETAPA 2: Perfeccionamiento del diseño elegido y sus mediciones, decisión final de los materiales a usar para realizar la compra.
  
  
• ETAPA 3: Construcción del prototipo inicial.

El proyecto de Mecánica de Fluidos de este semestre consiste en la creación de un barco propulsado a chorro que sea capaz de llevar una botella de CocaCola de 1lt una distancia de 5 metros.
El sistema de propulsión a chorro está formado por un estanque a una altura de 2m. El chorró deberá chocar sobre una placa ajustable, inteligentemente diseñada, que permita la óptima propulsión. Además se debe contar con diseños y uso de materiales que permitan el mínimo de roce, máxima velocidad y mayor estabilidad posible.

Para la realización de este proyecto elaboraremos un organigrama que defina las distintas áreas a tomar en cuenta (diseño, costos, búsqueda de información, administración blog, etc.)

Damos la bienvenida al blog de nuestro grupo. Nosotros somos cuatro estudiantes de Ingenieria, de diversas especialidades que nos motiva a sacar adelante el proyecto y ganar la competencia.

Nosotros somos:
- Hernán Alvarado Oteiza
- María Paz Aros Callejas
- Vicente A. Camino Valdivia
- Patricia Hidalgo González