DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN MINISUBMARINO


DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN MINISUBMARINO

1. Definir el problema

Crear un mini submarino ,a partir de materiales caseros, capaz de flotar establemente en el agua, sumergirse completamente y llegar hasta el fondo controlando su flotabilidad en el tanque que se encuentra en los laboratorios de Mecánica de Fluidos I basados en los principios hidrostáticos que la rigen.

2. Introducción2.1 Densidad
La densidad se define como masa por unidad de volumen. Es decir:

(1)

En general, la densidad de una sustancia depende de la temperatura y de la presión. La densidad de la mayoría de los gases es proporcional a la presión e inversamente proporcional a la temperatura. Por otro lado, los líquidos y sólidos en esencia son sustancias incompresibles y la variación de su densidadcon la presión suele ser despreciable.

2.2 Presión
Cuando un fluido (ya sea líquido o gas) está en reposo, ejerce una fuerza perpendicular a cualquier superficie en contacto con él, como la pared de un recipiente o un cuerpo sumergido en el fluido.

Considerando una superficie pequeña de área dA centrada en un punto en el fluido; la fuerza normal que el fluido ejerce sobre cada lado es dF'.Definimos la presión en ese punto como la fuerza normal por unidad de área:

(4)

Si la presión es la misma en todos los puntos de una superficie plana finita de área A, entonces:

(5)

Donde F' es la fuerza normal neta en un lado de la superficie. La unidad del SI para la presión es el pascal: 1 pascal = 1 Pa [N/m2]

2.3 Presión atmosférica
Es la presión de la atmósferaterrestre, es decir, la presión en el fondo de este “mar” de aire en que vivimos. Esta presión varía con el estado del tiempo y con la altitud. La presión atmosférica normal al nivel del mar 1 atmósfera (atm), definido como 101,325 Pa.

2.4 Inercia
Es definida como la propiedad que tienen los cuerpos de permanecer en su estado de reposo o movimiento, mientras la fuerza sea igual a cero, o laresistencia que opone la materia a modificar su estado de reposo o movimiento. También se podría decir, que es la resistencia que opone un sistema de partículas a modificar su estado dinámico.

2.5 Flotabilidad
La fuerza de flotación es igual al peso del volumen del fluido desplazado por el cuerpo.

2.6 Estabilidad
Se dice que un cuerpo está en una posición de equilibrio estable si al ser desplazadovuelve a su posición de equilibrio. Recíprocamente, el cuerpo está, en una posición de equilibrio inestable si cuando es desplazado se mueve a otra posición de equilibrio.

Las consideraciones de estabilidad son especialmente importantes para cuerpos sumergidos o flotantes ya que los centros de flotabilidad y estabilidad no necesariamente coinciden.

Una pequeña rotación puede dar comoresultado un par de reposición o de volcamiento.
La estabilidad de los cuerpos sumergidos depende de la ubicación relativa del centro de gravedad G y el centroide del volumen B.

G abajo B: estable
G arriba B: inestable
G coincide con B: estabilidad neutra.

2.7 Principio de Arquímedes
Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arribaigual al peso del volumen del fluido que desaloja

2.8 Principio de pascal
La presión ejercida por un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables, se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.

2.9 Submarino
Un submarino en superficie, está en situación de flotación positiva, pesando menos que el volumenequivalente de agua desplazada (de acuerdo con el principio de Arquímedes).

Para sumergirse hidrostáticamente (sin ayuda mecánica), un submarino debe ganar flotación neutral (peso igual a empuje), bien incrementando su propio peso o disminuyendo el desplazamiento de agua (volumen).

Para controlar su peso, los submarinos están equipados con tanques de lastre, que pueden llenarse con agua...