HIDRODINÁMICA DEL DESPLAZAMIENTO DE UN SUBMARINO

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Informe del Trabajo Final del curso Cálculo Para la Física 3

2022

HIDRODINÁMICA DEL DESPLAZAMIENTO DE UN SUBMARINO

Jenny Romero C. (1), Joel Echevarria T. (2), Gianella Pérez B. (3), Franco Iriarte Z. (4),

Hubert Huaylla P. (5).

(1)(2) (3) Estudiantes de 4° ciclo de ingeniería Industrial, UTP

 (5) Estudiantes de 4° ciclo de ingeniería Mecatrónica, UTP

 (4) Estudiantes de 5° ciclo de ingeniería Mecatrónica, UTP

RESUMEN

• El propósito de este proyecto es estudiar la forma que poseen los submarinos, como objetivo general se busca demostrar por qué la forma ovalada de los submarinos es la más optima, se aplicara el principio de Bernoulli para la hidrodinámica; El experimento consiste en colocar en un recipiente con agua un motor unido a un hilo y evaluar como las diferentes formas del submarino afectan en el número de vueltas que este da según el tiempo establecido, hallaremos cantidad de vueltas que da en 1 min, con velocidad constante, utilizando la misma masa , y el mismo medio liquido(agua).

INTRODUCCIÓN

Descripción del proyecto.

• Nuestro proyecto consiste en implementar un sistema automatizado que permita controlar la inmersión del submarino para controlar su peso respondiendo a cambios en las condiciones exteriores como para cambiar la profundidad de inmersión.

Objetivos.

Objetivos Principales

• Analizar las diferentes formas de la construcción de un submarino en magnitud reducida y ponerlo a prueba mediante un experimento que se llevará a cabo de manera casera para evaluar su rendimiento.
• Comprobar que la forma utilizada para la construcción de los submarinos en la actualidad es funcional y proporciona un mejor desplazamiento en el nivel del agua.

Objetivos Secundarias

• Determinar la razón de la eficacia del diseño actual aplicado en los submarinos y su beneficio.
• Analizar los resultados del experimento y seleccionar el diseño óptimo de entre los diferentes modelos.
• Capacitarnos y enriquecer nuestro entendimiento sobre la hidrodinámica aplicada en el desplazamiento de un submarino.

Alcances y limitaciones.

El alcance de este proyecto es la caracterización hidrodinámica del diseño del planeador submarino, mediante simulaciones numéricas hechas con dinámicas de fluidos en base al objetivo que se desarrolló en conjunto con el equipo de trabajo. Para poder mantener la presión del aire contenido en los tanques, después de un soplado, lo que equivale a poder mantener el submarino en la superficie, estas válvulas de ventilación deben ser totalmente estancos y seguros.

Algunas Limitaciones Dentro Del Proyecto

• El retraso de entrega de parámetros necesarios por parte del equipo de trabajo para diseñar el modelo del planeador, y el que no se proporcionen parámetros como masas y pesos del planeador para poder hacer un análisis numérico más preciso del planeador submarino.
• Algunas herramientas para la obtención de parámetros necesarios para alimentar el simulador.
• Para poder mantener la presión del aire contenido en los tanques, después de un soplado, lo que equivale a poder mantener el submarino en la superficie, estas válvulas de ventilación deben ser totalmente estancos y seguros.

MARCO TEÓRICO

Antecedentes: Se consulto informacion previa respecto al funcionamiento de un submarino, la ingeniería de este, así como distintas tesis respecto a su funcionalidad.

Bases teóricas: A partir de la informacion recopilada, podemos establecer:

• El contexto y la delimitación de la investigación, por ejemplo, El porque un submarino puede sumergirse a grandes profundidades.
• ¿Por qué los submarinos poseen esa forma y no otra?
• ¿Por qué fueron diseñados de esa forma?
• ¿Cuál es la teoría y metodología más apropiada para el desarrollo de la investigación?

Conceptos clave: Principio de Bernoulli, submarino, hidrodinámica, densidad, velocidad, masa, volumen, circuito, servomotor.

METODOLOGÍA

El experimento consiste en hacer girar por un minuto un objeto ovalado (la forma de un submarino), y un objeto rectangular, ambos a la misma velocidad, la misma masa, y en el mismo medio(agua), para así determinar por la cantidad de vueltas en 1 min cual forma es más hidrodinámica; Se aplicarán conceptos de cálculo de volumen, masa, densidad, velocidad, presión, principio de Bernoulli; Procederemos a la explicación del experimento.

Elementos utilizados en el experimento:

• Un objeto ovalado.
• Un objeto rectangular.
• Un contenedor.
• Un servomotor.
• Unos cables.
• Una batería.
• Un cronometro.
• Un soldador.
• Un interruptor.
• Cuerdas.
• Agua.

Características y selección:

Servomotor: Se empleo este debido a sus bajas rpm y su versatilidad.

Objeto ovalado: Se selecciono por ser lo más cerca a la forma de un submarino.

Objeto rectangular: Se selecciono para poder observar un objeto completamente diferente a la forma de un submarino como lo conocemos

Procedimiento:

Iniciamos diseñando el circuito simple para el servomotor, compuesto por unos cables una batería en serie de 6v, un switch y un servomotor.[pic 2]

                                                                                                      Ilustración 1//simulación in proteus

Luego procedemos a la parte práctica, primero soldamos un cable del motor a uno de los pines del switch, luego el otro pin a la entrada positiva de la batería, posteriormente soldamos el negativo de la batería al motor.[pic 3]

Como observamos en la imagen de la izquierda es un circuito simple que cumple el propósito de mantener girando un eje unido que se encuentra unido al objeto a medir.

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