¿Cumple nuestro prototipo las condiciones que impusimos antes para el diseño?

La primera condición que tenemos que cumplir es que el costo no puede superar la suma de $20.000, y como vimos en la estimación de costos, nuestro dispositivo tiene un costo estimado de $18.000.

Por otra parte, las condiciones que habíamos dicho antes que tenía que cumplir el dsipositivo son las siguientes:

Se tiene que mostrar claramente el desplazamiento del objeto central hacia el centro. Para que esto suceda, el objeto tiene que estar lleno con un fluido con menor masa específica que el fluido que lo rodea. De lo contrario el objeto no se iría hacia el centro si no hacia afuera.

Sí cumple esta condición, ya que el fluido será agua y el cuerpo que se desplaza hacia el centro es una pelota de ping-pong que está llena de aire que tiene menor masa específica que el agua.

El experimento debe permitir que el usuario interactúe con él, permitiéndole modificar la velocidad con la que gira (de forma que el mismo usuario proporcione la aceleración responsable del movimiento).

Sí cumple esta condición, ya que el dispositivo tendrá una manilla para que el usuario proporcione el movimiento.

El objeto central debe estar libre en el fluido que lo rodee para evitar problemas de roce entre el contenedor y el objeto.

Sí cumple esta condición, ya que las dimensiones de la caja de acrílico son mucho mayores a las de la pelota de ping-pong, por lo que no tendremos problemas de roce.

Finalmente el experimento debe además exponer la comparación entre un objeto de mayor y menor masa específica que el fluido que lo rodea, mostrando como respectivamente el primero tiende a irse hacia los extremos mientras el segundo va hacia el centro, de esta forma al contraponer las dos situaciones tendrá más impacto el fenómeno.

Sí cumple esta condición, ya que en la plataforma que gira tendremos dos tubos, uno con un cuerpo de mayor masa específica y otro con menor masa específica que el agua, por lo que se podrá distinguir fácilmente el fenómeno. Además tendremos un tercer tubo donde el usuario podrá relacionar este fenómeno con una sitacuón cotidiana que es la flotación de los cuerpos en el agua.

Evaluación del prototipo

El prototipo aún está en construcción, por lo que la próxima semana iniciaremos las pruebas de su desempeño.

Pero lo que sí hemos hecho para saber si está bien la escala que estamos ultizando, es experimentar de manera simple el fenómeno, probando con botellas plásticas con agua y con cuerpos dentro de ellas y las hacemos girar, para saber si funciona, y felizmente se alcanza a apreciar el fenómeno a la perfección.

Diseño del prototipo

Luego de revisar los materiales que finalmente ocuparemos para la construcción del dispositivo y analizar bien el diseño llegamos a la siguiente propuesta:

VISTAS ISOMÉTRICAS

VISTA INFERIOR

VISTA SUPERIOR

VISTA LATERAL

VISTA POSTERIOR

Estimación de costos

Esta semana nos juntamos a estimar el costo de nuestro proyecto y salieron a flote las primeras dificultades.

Principalmente sobre qué tipos de materiales vamos a ocupar y cómo conseguiremos el mecanismo de rotación para centrifugar los tubos.

Para los tubos, creemos que el material más apropiado es el acrílico, obviamente transparente. Buscamos consejo en el encargado del laboratorio del departamento y nos dijo que este material es caro, pero que averiguaramos en la empresa "Norglas". Cotizamos en esta empresa y en otras el precio de los tubos de acrílico, pero en todas las empresas bordeaba los $50.000, ya que sólo vendían los tubos de 1,8 mts. Por lo tanto, decidimos comprar trozos de acrílico para armar paralelepípedos alargados con lo que se redujeron considerablemente los costos, ya que compramos los trozos para hacer 3 cajas de acrílico de 10 cm x 10 cm x 30 cm, y esto nos salió $8.140. Con esto queda solucionada nuestra problemática con los tubos.

Para el mecanismo de giro, buscamos en ferreterías y en Homcenter y encontramos estas dos opciones:

Lo mejor era comprar la segunda pieza que se llama "plato giratorio", que es un rodamiento bastante sencillo al que se le pueden apernar piezas de madera para las bases, y se adapta bien a lo que queremos. Primero averiguamos en Homecenter y costaba $12.000, pero como necesitamos dos piezas era imposible comprar ahí porque sólo con eso ya superabamos la cuota del proyecto, por lo que seguimos averiguando. Finalmente llegamos a la ferretería "El carpintero", donde encontramos exactamente la misma pieza pero con una gran diferencia de precio, en este lugar costaba sólo $1.000, por lo que compramos en este lugar.

Los otros materiales que necesitamos son: dos bases de madera circulares, una para los tubos y otra para la manilla, la manilla, la huincha que une las dos plataformas que giran y las pelotitas que irán dentro de las cajas de acrílico con agua. Para estos materiales estimamos un costo cercano a $8.000.

Una estimación final de los costos es cercana a $18.000, luego estaremos dentro del rango de costo exigido para el proyecto.

Solución Definitiva

Esta semana nos juntamos todos para definir exactamente el proyecto a realizar. Acordamos en que utilizaremos los tubos, sin embargo le hicimos algunas modificaciones y esto fue lo que quedó:
La idea será mostrar el efecto mencionado anteriormente debido a los gradientes de presión y mencionar una aplicación directa en la vida real, esto es, la flotación. Recordemos que los objetos flotan debido a un gradiente de presión vertical, siempre y cuando el objeto tenga una menor masa específica que el fluido en el que está inmerso. Para mostrar esto, tendremos tres tubos con agua. Dos de ellos serán centrifugados, uno con pelotas de ping-pong (menos masa específica que el agua) y otro con varias pelotas pequeñas con mayor masa específica que el agua.
Lo más discutido fue cómo centrifugaríamos los tubos. Finalmente llegamos a la conclusión de que este proceso será simlutáneo para estos dos tubos con un mecanismo que los acoplará. Éste corresponde a una base circular que girará sobre otra base fija (similar a un toca discos) por medio de un rodamiento y en su eje estarán los tubos fijos de un extremo. Los tubos tendrán una pequeña inclinación hacia arriba a medida que nos movemos en la dirección radial de la base circular y esto lo lograremos fijando el extremo exterior de los tubos a algun soporte que esté a mayor altura que el centro. Con esto, luego de centrifugar, las pelotas volverán a su posición original para poder realizar el experimento nuevamente.
Para hacer girar este mecanismo rodearemos la base circular con una huincha de goma que también rodeará a otra base circular que tendrá una manilla para que el usuario la haga girar. Así, el giro se hará a una distancia prudente para no interferir visualmente con el fenómeno que se desea mostrar.
Finalmente, el tercer tubo estará en posición vertical con una pelota de ping-pong y otra similar a la del segundo tubo, con mayor masa específica que el agua, para mostrar lo que pasa en el día a día con la gravedad y los cuerpos flotantes.
El tercer tubo sería opcional, dependiendo de la cantidad del presupuesto utilizado. Además nos gustaría acompañar el proyecto con paneles explicativos para una mejor comprensión del fenómeno mostrado, sin embargo, es lo de menor prioridad.

Alternativa 3: RUEDA

Finalmente pensamos en armar dos circunferencias inmersas en agua que giren verticalmente. Cada una con muchos “hilos” amarrados en todo el perímetro de la circunferencia. En una circunferencia estos hilos deben tener masa específica menor que el agua y en la otra mayor. De esta forma, al ver ambas circunferencias estáticas, en una de ellas los hilos tenderán a flotar y en la otra a hundirse. La idea es el que el usuario pueda hacer girar estas circunferencias, también al mismo tiempo, mostrando así como al hacerlo en la primera los hilos apuntan hacia el centro y en la otra escapan de la circunferencia.

Alternativa 2: RULETA

En esta segunda alternativa se pretende que el usuario gire una ruleta puesta horizontalmente cuyo extremo tiene amarrado un globo con helio. Esta ruleta está inmersa en un espacio contenedor (que evita que interrumpa el viento). Al girar la ruleta el globo con helio ira hacia el centro. Es posible también amarrar un globo con aire común a los extremos para ver de esta forma el distinto comportamiento.

Alternativa 1: TUBOS

La idea aquí es utilizar un tubo de plástico transparente lleno con agua que contenga uno o más cuerpos que pueden tener o no un fluido en su interior. La idea es fijar este tubo en su centro con una vara firme que le permita girar perfectamente sobre ella (formando una “T”). Esta vara será girada con un sistema de cadenas de bicicleta movilizada fácilmente por el usuario a través de una manilla giratoria. Al girar el tubo, el o los cuerpos se desplazarán hacia el centro mientras el agua llena los extremos. La idea es hacer esto mismo con tres tubos, el primero con el o los cuerpos ya mencionados, el segundo con un objeto sólido muy denso y el tercero con un cuerpo lleno con agua (el cuerpo tendrá la misma masa específica que el fluido en el que está sumergido). Idealmente la misma manilla va a girar los tres tubos para que se puedan apreciar fácilmente las diferencias.

Condiciones que debe cumplir el dispositivo

Primero, para evaluar cada alternativa hicimos una lista de requisitos cuya finalidad era determinar finalmente, que idea era la mejor. Los requisitos fueron los siguientes:

Se tiene que mostrar claramente el desplazamiento del objeto central hacia el centro. Para que esto suceda, el objeto tiene que estar lleno con un fluido con menor masa específica que el fluido que lo rodea. De lo contrario el objeto no se iría hacia el centro si no hacia afuera.

El experimento debe permitir que el usuario interactúe con él, permitiéndole modificar la velocidad con la que gira (de forma que el mismo usuario proporcione la aceleración responsable del movimiento).

El objeto central debe estar libre en el fluido que lo rodee para evitar problemas de roce entre el contenedor y el objeto.

Finalmente el experimento debe además exponer la comparación entre un objeto de mayor y menor masa específica que el fluido que lo rodea, mostrando como respectivamente el primero tiende a irse hacia los extremos mientras el segundo va hacia el centro, de esta forma al contraponer las dos situaciones tendrá más impacto el fenómeno.

¡Ver para creer!

Antes de empezar a desarrollar el proyecto era nuestro deber ser testigos del fenómeno que vamos a explicar, por lo que decidimos experimentar y ver realmente si el fenómeno es apreciable a simple vista.

1

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¡ACCIÓN!

Como se puede ver en el video al acelerar el vehículo el globo ...¡también se va hacia adelante! y si frena el globo se va hacia atrás, increíble... pero cierto.

Ahora estamos totalmente convencidos que trabajando con esta idea lograremos destacar dentro de todos los proyectos del curso.

En lo que nos podemos caer

Más que debilidades dentro del grupo, ya que sin ser soberbios nos creemos plenamente capaces de hacer un buen trabajo, creemos que contamos con ciertas dificultades para trabajar. Estas dificultades se resumen en que dentro del grupo nuestros horarios son distintos, por lo que nos cuesta concordar en un horario para reunirnos cuando es necesario. Debido a esto es que a veces hemos tenido que reunirnos algunos del grupo solamente, y luego mediante el correo electrónico informar a quienes no asistieron lo que se acordó en la reunión.
También cabe destacar que estamos entrando en los últimos días del semestre por lo que no tardaremos en estar copados con pruebas y trabajos, lo que disminuirá la disposición de tiempo de cada uno y por ende el tiempo disponible para trabajar.

La distribución de tareas

• Danae Figueroa: encargada de recolección de material. Ella será quien coordine la creación del informe. Para el informe todos tendremos una sección designada a trabajar, y será Danae quién una estas partes y les dé un formato consecuente. Además Danae será la encargada de tomar nota de nuestras reuniones, para quedarse con las ideas y decisiones importantes e informar al resto mediante correo electrónico.
• Rodrigo Dittborn: Encargado del blog. Él será el responsable de que el blog se encuentre al día, de su estética y de que éste refleje íntegramente nuestro proceso.
• Tomás San Juan: encargado de los cálculos teóricos. Entregará los fundamentos teóricos que respalden el fenómeno a observar mediante nuestro modelo.
• Oscar Gho: encargado del proceso de diseño. Dibujará computacionalmente el modelo y creará los planos de diseño.

¡Nuestro potencial para lograrlo!

• Trabajamos de manera ordenada y con tiempo.
• Nos resulta bastante interesante el curso, lo que nos hace trabajar con bastante motivación en las entregas y laboratorios.
• Contamos con personas con dominio en los contenidos de mecánica de fluidos, como también contamos con experiencia en cursos de diseño dentro del grupo (Diseño gráfico y mecánico).

Lo que queremos lograr...

• Encontrar la mayor cantidad de alternativas para nuestro proyecto donde se encontrará nuestro potencial ganador.
• Escoger la mejor alternativa de todas las planteadas que cumpla con las condiciones del proyecto.
• Queremos que nuestro dispositivo sea una herramienta de aprendizaje para el público.
• Construir un dispositivo atractivo que tenga un costo dentro del rango exigido.
  Trabajar de la mejor forma como equipo.

¿Y ahora qué?

Bueno ahora que tenemos la idea del proyecto viene el proceso más importante: El proceso de diseño del dispositivo. Para llevar a cabo este proceso seguiremos los siguientes pasos:

1. Realizaremos un “brain-storming” para buscar distintas alternativas de dispositivos que muestren de forma clara el fenómeno que deseamos explicar.
2. Evaluaremos los diferentes proyectos mencionados en el paso anterior y elegiremos el dispositivo que mejor cumple las condiciones del proyecto.
3. Definiremos el diseño exacto del dispositivo escogido, en base a cálculos y modelación.
4. Construiremos el dispositivo en base a la elección realizada en el paso 2 y considerando los aspectos mejorados en el paso 3. Investigaremos sobre los lugares especializados en la venta de los materiales requeridos para el proyecto y haremos una comparación sobre la relación precio/calidad. Pediremos ayuda en el DIHA para cualquier proceso de construcción que requiera ayuda profesional, y en el caso de que no lo requiera, seremos los integrantes del grupo quienes llevaremos a cabo el proceso.
5. Realizaremos pruebas para verificar el correcto funcionamiento del aparato y en necesario será sometido a un reajuste siguiendo la metodología del paso 3. Estas pruebas serán realizadas en el DIHA.
   

¡La idea ganadora!

Luego de habernos reunido con el profesor el miércoles pasado para discutir acerca de las alternativas que estabamos considerando para llevar acabo este proyecto, hoy, martes 26 de Mayo, nos juntamos y elegimos el fenómeno que mostraremos con nuestro dispositivo. La idea es mostrar cómo se ve afectado un cuerpo sumergido en un fluido sometido a campos de fuerzas másicas.
La idea general es crear un recipiente en donde esté inmerso un objeto. Luego pensamos crear un campo de fuerzas a través de la centrifugación del recipiente. Con esto intentaremos reproducir el efecto del "globito en el metro", ejemplo mencionado en clases, que explica por qué el globito se mueve en la misma dirección de la aceleración. Este efecto es completamente anti intuitivo y es una de las razones motivantes que harán que el proyecto sea interesante y entretenido.

Repartición de tareas

Hasta el momento no hemos tenido que realizar una repartición de tareas muy detallada.
Esto debido a que todas las propuestas surgieron de una lluvia de ideas grupal, y una vez con las ideas en mano comenzamos a actualizar el blog entre todos.
Preferimos no delegarle esta tarea a una persona ya que si todos metemos mano al blog, éste tendrá detalles e ideas más diversas.
Al principio cada uno se hizo cargo de una idea para subirla al blog, y luego de ésto dejamos libertad de creatividad para cada uno. Es decir, el que tenga una idea nueva sobre un posible proyecto o un cambio en el blog, está libre de hacerlo.
Lo más probable es que más adelante, cuando ya tengamos decidido el proyecto sobre el cuál trabajaremos, debamos repartirnos tareas acorde a las fortalezas de cada uno, pero por mientras que todos aporten en todo.
Confiamos en que cada actualización en el blog hará que éste quede mejor que antes, así que a actualizar!

¿Por qué los aviones no se caen?

¿Cómo es posible que un avión pueda mantenerse en el aire sin caer al suelo por su peso? Esta pregunta es una motivación para investigar sobre este tema y así poder diseñar algún modelo a escala o algún otro mecanismo en que se refleje este fenómeno que revoluciono la historia del ser humano.

Under pressure!

Un proyecto interesante sería mostrar la variación de presión de un fluido debido al campo de fuerzas que es sometido. Para esto propusimos tener un recipiente cerrado que contenga un fluido, pero que tenga agujeros por donde caiga el fluido, como sabemos el fluido está sometido a la fuerza de gravedad, pero también queremos agregar otra fuerza, por lo que haremos girar el recipiente. Así mostraremos como se comporta el fluido en un campo de fuerzas y como varía la presión a la que es sometido.

Equilibrio estable vs inestable

Para cuerpos flotantes podemos realizar una interesante comparación de dos cuerpos, de igual forma, el cual uno de ellos posee un equilibrio estable y el otro posee equilibrio inestable al flotar en un líquido.

Esto se puede hacer ya que el tipo de equilibrio de un cuerpo flotante, depende de la posición del centro de carena (centro de gravedad del volumen sumergido) respecto del centro de gravedad del cuerpo.

Es así como jugando con la distribución de la masa en el cuerpo, es que podemos tener dos cuerpos con centros de gravedad diferentes, por ejemplo, serán sus centros de gravedad diferentes si es que un cuerpo es homogéneo y el otro no.

Un video interesante

Este es un video que no podíamos dejar de mostrar, la piscina que verán a continuación contiene un fluido muy particular y acá podrán ver su interesante comportamiento. . .



¿Qué sucede aquí? El fluido que está en la piscina es un fluido dilatante que tiene la característica que al aumentar el gradiente de velocidad la viscosidad aumenta.

¿Hacia dónde se moverá?

Inspirados en el impresionante y anti-intuitivo ejemplo mostrado en clases del globito en el metro, decidimos hacer algo similar a pequeña escala para mostrar los efectos que tiene un campo de fuerzas sobre las presiones de un fluido.

La idea es aplicarle una aceleración a un recipiente con fluido en su interior. Pensamos que la mejor manera para hacerlo a pequeña escala es con la aceleración "centrífuga" por lo que construiremos un dispositivo que centrifugue nuestro recipiente sobre un riel donde pueda moverse a lo largo del eje radial.

El resultado será que el recipiente se mueva hacia el centro, al contrario del pensamiento a priori, con lo que se logrará un impacto no menor en la persona que interactúe con este artefacto.

Descubriendo la viscosidad

Esta idea consiste en que las personas tengan la opotunidad de interactuar con la viscosidad de los fluidos y experimenten la resistencia que opone el fluido al movimiento. Para esto tendríamos cuatro recipientes, dos de ellos tendrán un fluido viscoso y los otros dos tendrán otro fluido menos viscoso. Los recipientes que contienen el mismo fluido se diferenciarán porque uno tendrá en su interior una superficie que será menor que la que contendrá el otro recipiente. Esto se repetirá para los dos fluidos. La idea es que las superficies que están dentro de los distintos fluidos tengan una cuerda que las personas puedan tirar para descubrir la diferencia entre los 4 casos.

En este video muestran un fluido no newtoniano ¡muy viscoso!

¡Hunde el globo!

La idea se basa en tener un recipiente cilíndrico que estará abierto en la parte superior y contendrá algún líquido en particular. En el recipiente se introducirá un globo lleno con un gas determinadoy luego será bajado a lo largo del cilindro hundiéndose cada vez más en él, a través de una cuerda que la gente podrá manipular.

De esta forma lo que queremos probar es cómo afecta la fuerza que ejerce la presión del líquido sobre el globo, ya que al ir bajando por el cilindro la presión sobre el globo aumentará, haciendo que disminuya su tamaño debido a la compresión del gas inmerso en él. Con objeto de lograr la mayor variación posible del volumen esperamos utilizar un gas que sea vastamente compresible y un líquido muy denso. Este experimento sirve para probar la fuerza ejercida por la presión del líquido representada en la disminución del volumen del globo.

Complementariamente se podría estudiar la compresibilidad de los gases y se podría dar hasta un análisis sobre la variación en el empuje generado por el globo debido a la variación del volumen de este, esto se podrá apreciar cuando las personas suelten la cuerda y el globo vuelva hacia arriba a su posición inicial o midiendo la fuerza vertical hacia arriba del globo con algún dispositivo básico.
Lo interesante de este posible proyecto es que podríamos comparar lo sucedido con lo que pasa con los pulmones y otras partes aéreas del cuerpo de los buzos marinos cuando se hunden muy profundamente dentro del mar.

Primer paso

Nuestra meta en esta primera etapa era idear la mayor cantidad de posibles proyectos, para que de esta forma pudiesemos elegir entre las distintas alternativas propuestas. La tarea de cada uno era pensar en por lo menos una idea para el proyecto describiendo su propósito pedagógico e interactivo.
El día martes nos reunimos para compartir nuestras ideas y acá les contamos algunas de las ideas que surgieron . . .

¡Bienvenidos!

Somos el grupo 47 de la sección 2 de Mecánica de Fluidos con el profesor Cristián Escauriaza.

Los integrantes del grupo somos Danae Figueroa, Rodrigo Dittborn, Oscar Gho y Tomás San Juan. Todos alumnos de 4° año de Ingeniería Civil.

Este blog será nuestro diario de vida para contarles todo acerca de nuestro proyecto del curso. El objetivo de este proyecto es la creación de un artefacto que permita analizar fenómenos pertenecientes a la mecánica de fluidos de una forma interactiva, ya que el proyecto ganador podría ser exhibido en el MIM.

¡Están cordialmente invitados a seguir paso a paso este proceso creativo a través de nuestro blog!