¿Cuánto demorará según los cálculos y la realidad?

Comenzó la construcción...

Aquí les dejamos unas fotos de nuestras compras de materiales y primeros avances en la construcción del barco.

Análisis de Roce

Análisis hidrodinámico

¿Flotará el barco frente perturbaciones?

Cambios en los materiales...

Pese a tener decidida las dimensiones y formas de nuestra embarcación, y gracias al consejo de expertos, decidimos cambiar los materiales que usaremos. Nuestro barco se construirá entonces en base a una estructura (tipo esqueleto) de palos de maquetas (fáciles de trabajar, bajo costo) que se unirán con pegamento AGOREX (insoluble). Además la estructura se recubrirá con un material plástico tipo acrílico, que permitirá además ver el barco por dentro. En próximas entradas les dejaremos fotos del proceso de construcción

Terminología de Barcos.

Reajustando la planificación

Como suele suceder con todos los proyectos y debido a cambios de fechas, extensiones en ciertas tareas y contratiempos, hemos reajustado nuestra carta gantt, principal herramienta usada en la planificación. Aquí puedes ver la nueva versión de la carta, incluída la carta de recursos.

¿Madera, plástico o plumavit? La elección del material.

Materiales elegidos

Para la construcción de la embarcación elegimos como material: trúpan, por la facilidad que tiene para ser moldeado y curvado con el uso de agua.

Esta madera será barnizada con un barniz marino que la protege del agua a la cual será sometida.

Costos:

Placa MDF (trupán)

Grosor: 3 mm

Costo: $4.700 de 152x244 cm

Uso: ½ placa, $2.350

Barniz marino

Costo: $2.490 ¼ galón (0.946 lt)

Rendimiento: 10-13 m3

Uso: 1/8 galón aprox. 0.5 lts

Brocha mango medio 520 de 2 pulagadas

Costo: $1.090

Uso: 1 unidad.

¿Qué debemos saber antes de comenzar a trabajar? Un buen marco teórico.

El concepto fundamental que utilizaremos para el análisis físico del barco será la estabilidad.

La estabilidad es la capacidad del cuerpo, en este caso del bote, para volver a su posición de equilibrio, luego de parar de aplicar la fuerza externa que lo había sacado este mismo. Para simplificar el análisis de esta definición, supondremos primero que el barco esta prado, y que el movimiento realiozado por la fuerza externa es pequeño.

Para que el barco esté en equilibrio debe cumplir dos condiciones:

i) Suma de fuerzas sobre él igual a 0. En particular, el peso igual al empuje.

ii) Centro de gravedad del barco y centro de carena en la misma vertical.

Barco en equilibrio

D: Peso del barco aplicado sobre el centro de gravedad

E: Empuje aplicado sobre el centro de carena.

Dada esta definición de estabilidad, el equilibrio puede ser estable o inestable, en otras palabras, si tiene la capacidad de volver a la posición inicial de equilibrio, será estable y en el otro caso, inestable.

Grados de libertad del barco

Un barco en reposo posee 6 grados de libertad: 3 de traslación y 3 de rotación.

Los 3 movimientos de traslación realizados a lo largo de los ejes X, Y, Z (ver figura) se denominan respectivamente, movim ientos de traslación longitudinal, transversal y vertical. El barco puede tener equilibrio no estable o indiferente, para los movimientos de tralación longitudinal y transversal ya que no varían las condiciones de equilibrio, mientras que en el movimiento verticalel equilibrio es siempre estable ya que como varía el volumen sumergido, variará también el empuje, por lo cual la tendencia del barco será de recuperar la flotación inicial, es decir, de volver a la condición de equilibrio inicial en la que el empuje es igual al peso.

Los tres movimientos de rotación se realizarán con respectos tres ejes x, y, z paralelos a los X, Y, Z del sistema original de coordenadas, los cuales tendrán su origen en F, llamado centro de flotación. Estos movimientos se denominan respectivamente balance, cabeceo y guiñada.

i) Balance: Movimiento de rotación alrededor del eje longitudinal x. En este movimiento se modifica la forma del volumen sumergido, por lo que cambiará la posición del centro de carena afectando de esta manera la segunda condición de equilibrio: centro de gravedad y centro de carena en la misma vertical por lo que el equilibrio puede ser estable o inestable. Este fenómeno se conoce como estabilidad transversal del barco.

ii) Cabeceo: Movimiento de rotación alrededor del eje longitudinal y. Al igual que en el balance, en este movimiento movimiento se modifica la forma del volumen sumergido, por lo que cambiará la posición del centro de carena afectando de esta manera la segunda condición de equilibrio. El equilibrio puede ser estable o inestable aunque este último en la práctica se da muy poco. Este fenómeno se conoce como estabilidad longitudinal del barco.

iii) Guiñada: Movimiento de rotación alrededor del eje vertical z. Como no varían ninguna de las condiciones de equilibrio con este movimiento, el equilibrio será indiferente.

Por todo lo dicho anteriormente nos centraremos en el estudio de la estabilidad transversal del barco, ya que es la que más problemas nos podría causar al momento de diseñar el puente.

Como vimos en el curso, al estudiar la estabilidad de cuerpos sumergido, obtuvimos para el siguiente caso las correspondientes relaciones de estabilidad:

Luego de largas sesiones de trabajo, excel y cálculos...EL DISEÑO

Diseño del Barco:

Para tener un diseño más detallado, separaremos el barco en 10

estaciones, que corresponden a dividir el barco en 10 secciones de la misma medida a lo largo de la embarcación.

Cada estación mide 0.04 mts., lo que le da un largo total a la embarcación de 0.4 mts.

Las medidas de cada estación en detalle se encuentran en la siguiente tabla:

	Arrufadura	Profundidad	Medio Ancho Max.
Estacion
0	0.080	0.038	0.030
1	0.067	0.160	0.068
2	0.056	0.220	0.102
3	0.050	0.247	0.128
4	0.046	0.249	0.143
5	0.044	0.250	0.150
6	0.043	0.246	0.150
7	0.044	0.215	0.138
8	0.045	0.178	0.114
9	0.050	0.110	0.075
10	0.057	-	0.023

Vemos que la arrafadura fluctua entre 0.08 y 0.043 mts, lo que indica que la distancia promedio que habrá desde la superficie del agua hasta el extremo superior del bote será de 0.06 m aprox, cumpliendo con la regla de que esta altura este entre 0.08 y 0.05 mts.

A continuación un gráfico de la arrafadura. El 0 corresponde a la linea de flotación

Es posible ver que la estación 0 se encuentra más elevada que la estación 10, esto se debe a que de esta forma se mejora la carga aerodinámica sobre el bote, aumentando su velocidad.

La profundidad del bote varía dependiendo de en que estación nos enocntremos. En su punto más bajo, el extremo inferior del bote se encontrará a 0.25 mts de la linea de flotación.

A continuación un gráfico con la forma de la parte inferior del bote:

En este gráfico el 0 nuevamente corresponde a la linea de flotación. La curva corresponde a la forma que tendrá la quilla de la embarcación.

El ancho tambien varía según la estación, teniendo un máximo de 0.15 mts, lo que permitiría sin problemas soportar la botella sobre la cubierta.

El gráfico que sigue corresponde a una vista superior del bote, donde la linea azul corresponde al extremo superior del bote, y la linea rosada representa la linea de flotación (la intersección del bote con el agua):

Cabe mencionar que esto corresponde a un solo lado del bote. El bote es completamente simétrico con respecto a su largo, por lo que para tener el barco entero habría que duplicar esta curva.

Tambien es posible visualizar que forma tiene cada estación (cortes tranversales del prototipo), lo que se detalla a continuación:

Condiciones:

Como se nos da como condición la arrafadura, lo primero que debemos hacer es igualar el peso del bote y los mts^3 de agua desplazada, pasa así cumplir con la condición pedida.

Realizamos algunos cálculos (el volúmen desplazado lo aproximamos con las curvas de cada estación), y llegamos a lo siguiente:

Volumen desplazado: 0.0029 mts^3

Peso: 2.75 Kgs.

Si multiplicamos el volumen desplazado por el rho del agua, nos queda:

Peso del volumen desplazado: 2.9 Kgs., lo que es bastante similar al peso del bote. Si bien tendrá un pequeño error, no afecta la condición expuesta en el enunciado.

Luego, debemos equilibrar el bote en su largo, ya que como los pesos no van exactamente en el centro de gravedad, existe la posibilidad de que se desequilibre la embarcación teniendo nefastas consecuencias.

Considerando que la botella la ubicaremos a 0.06 mts hacia la popa, y que el “motor” se encuentra en el extremo de la proa (0.2 mts) pero tiene un peso considerablemente menor, conseguimos en equilibrio expuesto anteriormente.

Luego ubicamos el centro de carena y en centro de gravedad en su componente vertical:

Centro de Carena: 0.08 mts. bajo la linea de flotación

Centro de gravedad: 0.04 mts bajo la linea de flotación.