Pudimos resumir parte de nuestro trabajo en este corto pero explicativo video, donde se ven las etapas de la elaboración de este proyecto, terminando con "Magnus II" navegando.
Esperamos que les haya gustado el proyecto y que hayan quedado, como nosotros, sorprendidos y encantados por esta desconocida forma de propulsión.
domingo, 25 de noviembre de 2007
Conclusiones
Luego de trabajar durante todo el semestre, primero recolectando información y luego construyendo el prototipo, podemos decir que la experiencia fue muy buena. Poder aplicar los conocimientos aprendidos en el curso en este prototipo y descubrir que realmente funcionaba fue increible.
Tal vez esta fuerza es poco aprovechable a gran escala por la potencia que necesita hacer girar 2 cilindros grandes, pero por lo menos a escala se pueden obtener buenos resultados y así entender mejor el efecto Magnus y ver su aplicación práctica.
Tal vez esta fuerza es poco aprovechable a gran escala por la potencia que necesita hacer girar 2 cilindros grandes, pero por lo menos a escala se pueden obtener buenos resultados y así entender mejor el efecto Magnus y ver su aplicación práctica.
Primeras Pruebas
Luego de terminar de construir el modelo, "Magnus II" hicimos algunas pruebas para ver la estabilidad, resistencia al viento, rapidez de movimiento, etc.
Al probarlo con una sola quilla nos dimos cuenta que no funcionaba muy bien ya que, por el poco peso que tiene, el viento aparte de generar el efecto Magnus, arrastraba al barco en la misma dirección del flujo. Para solucionar esto decidimos ponerle 2 quillas en vez de una. Luego de este cambio el movimiento fue perpecdicular al flujo.
Luego de probarlo varias veces fuimos al laboratorio de hidráulica para medir la velocidad de giro de las velas rotatorias, ibamos a filmar con una cámara de alta velocidad las revoluciones de los cilindros, para luego contar las vueltas en un tiempo, pero hubo un problema con el software de la cámara y no lo pudimos hacer.
En vez de eso medimos la fuerza que producía el barco con un dinamómetro y suponiendo la fuerza de roce con el agua nula, sacamos la velocidad de rotación de las velas, usando la fórmula antes mencionada de Kutta-Joukowski.
La medición de la fuerza fue de 0,3 N. es decir 0,15 N. por cada vela.
Con datos de:
Largo=0,2 m
Radio=0,025 m
Densidad del aire=1,204 kg/m^3
Velocidad de flujo=1 m/seg
Pudimos obtener el spin o revoluciones por segundo de las velas:
Spin=25 rev/seg.
Con este dato pudimos crear un gráfico Fuerza v/s Radio para observar el comportamiento.
Las otras componentes como el largo del cilindro, la velocidad de flujo o las revoluciones (spin) varían linealmente la fuerza (Link).
Acá hay un link donde se ve el cambio de la fuerza y de las líneas de corriente si se cambia la rotación.
viernes, 2 de noviembre de 2007
Construcción "Magnus II"
Luego de que la idea de construir el casco de nuestro barco "Magnus I" con madera de balsa fracasara antes de empezar a construir, nos enfocamos en el diseño y construcción del nuevo casco del "Magnus II" de plumavit y de sus velas rotatorias.
Casco: Como la placa de plumavit que compramos era de 10 cm. de ancho pegamos 2 rectángulos de 21x50x5 cm. uno arriba del otro (lo pegamos con cola fría y dejamos secar por aproximadamente 30 minutos) de manera de quedarnos con un bloque de plumavit de 21x50x10 cm. y a partir de eso trabajar en el casco.
El diseño del casco fue más o menos al ojo ya que supusimos que la forma si bien es importante, no es determinante a la hora de ver que factores influyen en la resistencia a fluir de un barco de estas proporciones, el factor más importante y en el que más nos fijamos es el peso. (si se quiere hacer un modelo más grande o incluso en barco real se debe tomar en cuenta el diseño del casco).
Velas Rotatorias: mantuvimos las idea de hacerlas con tubos de aislamiento para cañerías de 42 cm. de largo.
Pero en vez de agregarle varillas para la estabilidad, decidimos introducir dentro del tubo de 1" uno tubo de 3/8" de manera de darle mayor estabilidad con menor peso que las varillas.
Al tubo de 3/8" le introdujimos a presión un cilindro de madera de 12mm y de aproximadamente 7 cm. de largo. Al principio pensamos dejar el cilindro de 42 cm. al igual que los tubos de aislamiento pero era muy pesado y el motor no generaba suficiente potencia. Por esto decidimos acortarlo de manera que se transmitiera toda la potencia pero que no fuera muy pesado.
A este cilindro le transmitimos la rotación proveniente del motor mediante las poleas que acoplamos al eje de transmisión del motor.
A estas poleas con base plana le pegamos con cinta adhesiva el cilindro de madera, esta forma de pegarlos iba a ser temporal, sólo para ver si funcionaba, pero luego de varias prueba vimos que era lo mejor puesto que si poníamos un pegamento entre la polea y el cilindro iba a generar irregularidades en la superficie haciendo que el cilindro quedara chueco.
Sistema de Transmisión Eléctrico: Conectamos los 2 motores y los 2
portapilas al interruptor de manera que podamos controlar mejor el funcionamiento de las velas rotatorias. Así las dos velas rotan en el mismo sentido generando así cada una un efecto magnus en el mismo sentido cuando les llegue viento por un costado.
Todavía estamos viendo como vamos a montar el sistema eléctrico y las velas al casco de plumavit, de manera que no se moje y quede todo a mano en caso de tener que cambiar algún cable o las pilas.
Casco: Como la placa de plumavit que compramos era de 10 cm. de ancho pegamos 2 rectángulos de 21x50x5 cm. uno arriba del otro (lo pegamos con cola fría y dejamos secar por aproximadamente 30 minutos) de manera de quedarnos con un bloque de plumavit de 21x50x10 cm. y a partir de eso trabajar en el casco.
El diseño del casco fue más o menos al ojo ya que supusimos que la forma si bien es importante, no es determinante a la hora de ver que factores influyen en la resistencia a fluir de un barco de estas proporciones, el factor más importante y en el que más nos fijamos es el peso. (si se quiere hacer un modelo más grande o incluso en barco real se debe tomar en cuenta el diseño del casco).
Velas Rotatorias: mantuvimos las idea de hacerlas con tubos de aislamiento para cañerías de 42 cm. de largo.
Pero en vez de agregarle varillas para la estabilidad, decidimos introducir dentro del tubo de 1" uno tubo de 3/8" de manera de darle mayor estabilidad con menor peso que las varillas.Al tubo de 3/8" le introdujimos a presión un cilindro de madera de 12mm y de aproximadamente 7 cm. de largo. Al principio pensamos dejar el cilindro de 42 cm. al igual que los tubos de aislamiento pero era muy pesado y el motor no generaba suficiente potencia. Por esto decidimos acortarlo de manera que se transmitiera toda la potencia pero que no fuera muy pesado.
A este cilindro le transmitimos la rotación proveniente del motor mediante las poleas que acoplamos al eje de transmisión del motor.
A estas poleas con base plana le pegamos con cinta adhesiva el cilindro de madera, esta forma de pegarlos iba a ser temporal, sólo para ver si funcionaba, pero luego de varias prueba vimos que era lo mejor puesto que si poníamos un pegamento entre la polea y el cilindro iba a generar irregularidades en la superficie haciendo que el cilindro quedara chueco.Sistema de Transmisión Eléctrico: Conectamos los 2 motores y los 2
portapilas al interruptor de manera que podamos controlar mejor el funcionamiento de las velas rotatorias. Así las dos velas rotan en el mismo sentido generando así cada una un efecto magnus en el mismo sentido cuando les llegue viento por un costado.Todavía estamos viendo como vamos a montar el sistema eléctrico y las velas al casco de plumavit, de manera que no se moje y quede todo a mano en caso de tener que cambiar algún cable o las pilas.
Nuevo Presupuesto
Item -- Costo -- Local de Compra
--------------------------------------------
Plumavit -- $ 769 -- Sodimac S.A.
Tubo Aislamiento 3/8” -- $ 690 -- Sodimac S.A.
Tubo Aislamiento 1” -- $ 990 -- Sodimac S.A.
Cilindro de madera 12 mm. -- $ 469 -- Sodimac S.A.
2 x Portapilas AA -- $ 600 -- Ferretería Macul
2 x Motores 3V -- $ 1.600 -- Ferretería Macul
2 x Poleas $ -- 860 -- Ferretería Macul
Interruptor -- $ 400 -- Ferretería Macul
4 x Pilas AA -- $ 1.990 -- Ferretería Macul
--------------------------------------------
Total: $ 8.368
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Plumavit -- $ 769 -- Sodimac S.A.
Tubo Aislamiento 3/8” -- $ 690 -- Sodimac S.A.
Tubo Aislamiento 1” -- $ 990 -- Sodimac S.A.
Cilindro de madera 12 mm. -- $ 469 -- Sodimac S.A.
2 x Portapilas AA -- $ 600 -- Ferretería Macul
2 x Motores 3V -- $ 1.600 -- Ferretería Macul
2 x Poleas $ -- 860 -- Ferretería Macul
Interruptor -- $ 400 -- Ferretería Macul
4 x Pilas AA -- $ 1.990 -- Ferretería Macul
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Total: $ 8.368
Cambios en el Modelo
Luego de pensar un poco más y durante la construcción de nuestro modelo original del barco propulsado gracias al efecto Magnus, nos dimos cuenta que algunos materiales no eran los adecuados y además no dimos cuenta que no habíamos consideramos otros materiales importantes para la construcción de "Magnus I".
Los cambios fueron:
- Desarrollar la estructura del barco en plumavit en vez de madera de balsa. Esto porque no pudimos conseguir un bloque de madera balsa lo suficientemente grande como para el casco de nuestro barco. Pensamos en comprar varias placas de madera balsa de aproximadamente 0.5 a 1 cm. de grosor y pegarlas para así alcanzar un tamaño mayor, pero era demasiado caro. Por estas razones nos inclinamos por el Plumavit que cumple bastante bien con nuestras exigencias.
- Comprar elementos que permitieran una mejor organización en la parte eléctrica de nuestro modelo, como portapilas e interruptor, que no estaban considerados en el presupuesto original, pero que son muy importantes. El portapilas nos permite una fijación y mayor control de estas y el interruptor es esencial para hacer las pruebas con y sin rotación en las velas sin tener que desconectar los cables.
- No fue necesario comprar pegamentos (cola fría), ya que los pudimos obtener de las casas de los integrantes y así reducir los costos.
- Nos dimos cuenta que la transmisión de movimiento desde los motores a las velas rotatorias no era tan simple como pensabamos ya que el motor tiene un pequeño eje y dificulta la adhesión de cualquier elemento para que transmita el movimiento. Por esto compramos unos elementos (Poleas) que están especialmente diseñados para acoplarse a los ejes de los motores (mediante tornillos) y que aumentan el radio del eje para poder adherir más facilmente las velas rotatorias.
Los cambios fueron:
- Desarrollar la estructura del barco en plumavit en vez de madera de balsa. Esto porque no pudimos conseguir un bloque de madera balsa lo suficientemente grande como para el casco de nuestro barco. Pensamos en comprar varias placas de madera balsa de aproximadamente 0.5 a 1 cm. de grosor y pegarlas para así alcanzar un tamaño mayor, pero era demasiado caro. Por estas razones nos inclinamos por el Plumavit que cumple bastante bien con nuestras exigencias. 
- Comprar elementos que permitieran una mejor organización en la parte eléctrica de nuestro modelo, como portapilas e interruptor, que no estaban considerados en el presupuesto original, pero que son muy importantes. El portapilas nos permite una fijación y mayor control de estas y el interruptor es esencial para hacer las pruebas con y sin rotación en las velas sin tener que desconectar los cables. - No fue necesario comprar pegamentos (cola fría), ya que los pudimos obtener de las casas de los integrantes y así reducir los costos.
- Nos dimos cuenta que la transmisión de movimiento desde los motores a las velas rotatorias no era tan simple como pensabamos ya que el motor tiene un pequeño eje y dificulta la adhesión de cualquier elemento para que transmita el movimiento. Por esto compramos unos elementos (Poleas) que están especialmente diseñados para acoplarse a los ejes de los motores (mediante tornillos) y que aumentan el radio del eje para poder adherir más facilmente las velas rotatorias.
jueves, 4 de octubre de 2007
Distribuicion de actividades
Blog: (Benjamín Andrighetti)
Creación 3 Horas
Actualizaciones 1 Hora / Día
---------------
Total : 9 Horas
Construcción: (José Ignacio Viterbo y Francisco Zanolli)
Compra Materiales 3 Horas
Construcción 5 Horas
Secado 24 Horas
----------------
Total : 32 Horas
Poster: (Tomás Loeser)
Diseño y Confección 48 Horas
Impresión 2 Horas
---------------
Total : 50 Horas
Tiempo Necesario Proyecto : 91 Horas
Queda claro que todos los integrantes del grupo participamos activamente en cada item, pero quisimos poner un encargado para ordenar el desarrollo.
Creación 3 Horas
Actualizaciones 1 Hora / Día
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Total : 9 Horas
Construcción: (José Ignacio Viterbo y Francisco Zanolli)
Compra Materiales 3 Horas
Construcción 5 Horas
Secado 24 Horas
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Total : 32 Horas
Poster: (Tomás Loeser)
Diseño y Confección 48 Horas
Impresión 2 Horas
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Total : 50 Horas
Tiempo Necesario Proyecto : 91 Horas
Queda claro que todos los integrantes del grupo participamos activamente en cada item, pero quisimos poner un encargado para ordenar el desarrollo.
Nuestro Modelo "Magnus I"
Para nuestro modelo pensamos en varios materiales para el casco, como plumavit (poliestireno expandido), madera y madera de balsa, pero el que más se ajustaba a nuestras necesidades es la madera de balsa por sus cualidades (rigidez, flotabilidad, etc).
Para los cilindros rotores también evaluamos varias opciones (cilindros metálicos, cañerías de PVC, etc) pero el que más nos gustó, por su peso, fue un aislante térmico para cañerías. Con este material podemos construir un cilindro óptimo, esto es, uno que maximize la fuerza para un mismo flujo (radio y longitud máximo) pero que no sea pesado para no aumentar la fuerza normal del barco. Vamos a mantener rígido este cilindro mediante unas varillas.
Para la rotación vamos a usar unos motores electricos (R.P.M entre 13500 y 8,530 para voltajes entre 1,5 y 3 volts), estos van a ir unidos a los cilindros y empotrados al casco.
Los planos del modelos son los siguientes:
Para los cilindros rotores también evaluamos varias opciones (cilindros metálicos, cañerías de PVC, etc) pero el que más nos gustó, por su peso, fue un aislante térmico para cañerías. Con este material podemos construir un cilindro óptimo, esto es, uno que maximize la fuerza para un mismo flujo (radio y longitud máximo) pero que no sea pesado para no aumentar la fuerza normal del barco. Vamos a mantener rígido este cilindro mediante unas varillas.
Para la rotación vamos a usar unos motores electricos (R.P.M entre 13500 y 8,530 para voltajes entre 1,5 y 3 volts), estos van a ir unidos a los cilindros y empotrados al casco.
Los planos del modelos son los siguientes:
Nuestro Proyecto
Nuestra idea es utilizar la fuerza generada por el efecto Magnum para algo práctico.
La energía no renovable está cada vez más cara además usa recursos que son escasos y que, en algún momento, se van a acabar. Por lo que debemos empezar a buscar fuentes de energía renovable. Encontramos que el efecto Magnum genera una fuerza que puede ser utilizada para mover objetos sumergidos en algun fluido.
Queremos ver como se comportan los veleros al ser afectados por esa fuerza al estar sumergidos en el aire (fluido). Para esto vamos a construir un modelo simplificado del barco rotor construido por Anton Flettner, llamado Baden-Baden.
Construiremos un velero convencional (el casco se mantiene igual) pero en vez de un mástil con velas se ponen cilindros rotatorios. De esta manera cuando el viento le llegue por el costado al velero, en el cilindro rotatorio se va a generar el efecto Magnus. Dependiendo de la velocidad y sentido de rotación de los cilindros el barco se va a mover hacia adelante o atrás.
Para el experimento vamos a probar si esta forma de movilización es o no viable, midiendo la fuerza que se genera con distintos flujos de viento, pero con una sóla velocidad de rotación (esto es porque vamos a girar los cilindros con un motor con revolución constante).
La energía no renovable está cada vez más cara además usa recursos que son escasos y que, en algún momento, se van a acabar. Por lo que debemos empezar a buscar fuentes de energía renovable. Encontramos que el efecto Magnum genera una fuerza que puede ser utilizada para mover objetos sumergidos en algun fluido.
Queremos ver como se comportan los veleros al ser afectados por esa fuerza al estar sumergidos en el aire (fluido). Para esto vamos a construir un modelo simplificado del barco rotor construido por Anton Flettner, llamado Baden-Baden.Construiremos un velero convencional (el casco se mantiene igual) pero en vez de un mástil con velas se ponen cilindros rotatorios. De esta manera cuando el viento le llegue por el costado al velero, en el cilindro rotatorio se va a generar el efecto Magnus. Dependiendo de la velocidad y sentido de rotación de los cilindros el barco se va a mover hacia adelante o atrás.
Para el experimento vamos a probar si esta forma de movilización es o no viable, midiendo la fuerza que se genera con distintos flujos de viento, pero con una sóla velocidad de rotación (esto es porque vamos a girar los cilindros con un motor con revolución constante).
Fuerza Producidad por el Efecto Magnus
Si un cilindro en rotación se expone a un flujo de algún fluido, este va a sentir una fuerza, producida por el efecto Magnus.
La fuerza neta por unidad de longitud del cilindro (llamada sustentación), viene dada por la fórmula de Kutta-Joukowski:
Con F fuerza por unidad de longitudVr velocidad rotacional del cilindro
b, L,s características del cilindro
rho la densidad del fluido
G circulación del campo de velocidades o Fuerza del remolino (Vortex strength)
Esa es la fuerza por unidad de longitud, si multiplicamos esa fuerza por la longitud del cilindro tenemos la fuerza total.
¿Por que se produce el Efecto Magnus?
Este esfecto se produce gracias a dos aportes:
Bernoulli:
De acuerdo al Principio de Bernoulli , la presión de un fluido se relaciona con la velocidad v mediante la siguiente fórmula p=r v2/2. (Donde r es la densidad del fluido).
Vemos que la presión depende del cuadrado de la velocidad del fluido.
Si un objeto está rotando sumergido en un fluido con flujo, su rotación causa un aumento de velocidades en un lado y disminución en el otro creando así una diferencia de presiones, esto causa una fuerza perpendicular al flujo.
El otro aporte importante se debe a la deformación de las capas de aire en la proximidad de la superficie del objeto en movimiento (capas límite, en ese link en la mitad del articulo sale una muy buena explicación de este efecto).
Cuendo el objeto rota deforma las capas del fluido que estan pegadas a este, esto crea una fuerza perpendicular al flujo.
En las imágenes veremos este efecto sin y con rotación para ver la diferencia:
Para esta experiencia sólo vamos a tomar en cuenta el aporte del efecto Bernoulli, puesto que el efecto de las capas límite es muy complicado y su aporte es mucho menor al de las diferencias de presiones (Bernoulli)
Bernoulli:
De acuerdo al Principio de Bernoulli , la presión de un fluido se relaciona con la velocidad v mediante la siguiente fórmula p=r v2/2. (Donde r es la densidad del fluido).
Vemos que la presión depende del cuadrado de la velocidad del fluido.
Si un objeto está rotando sumergido en un fluido con flujo, su rotación causa un aumento de velocidades en un lado y disminución en el otro creando así una diferencia de presiones, esto causa una fuerza perpendicular al flujo.
El otro aporte importante se debe a la deformación de las capas de aire en la proximidad de la superficie del objeto en movimiento (capas límite, en ese link en la mitad del articulo sale una muy buena explicación de este efecto).
Cuendo el objeto rota deforma las capas del fluido que estan pegadas a este, esto crea una fuerza perpendicular al flujo.
En las imágenes veremos este efecto sin y con rotación para ver la diferencia:
Para esta experiencia sólo vamos a tomar en cuenta el aporte del efecto Bernoulli, puesto que el efecto de las capas límite es muy complicado y su aporte es mucho menor al de las diferencias de presiones (Bernoulli)
sábado, 22 de septiembre de 2007
¿Que es el efecto Magnus?
El efecto Magnus , llamado así en honor al físico y químico alemán Heinrich Gustav Magnus (1802-1870), es el fenómeno físico por el cual la rotación de un objeto afecta a la trayectoria del mismo a través de un fluido. Es producto de varios fenómenos, pero los más importante son el fenómeno de Bernoulli y la deformación de las capas de aire en la proximidad de la superficie del objeto en movimiento.
Gracias a este efecto podemos explicar muchos fenómenos que ocurren en los deportes que utilizan pelotas tales como el tenis, golf, fulbol, etc., mejor conocido como "efecto" , "comba" o "chanfle".
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