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INFORME 2 TURBOMEC® 2012

“Diseño Conceptual”

Asignatura: IWG-101 Introducción a la Ingeniería

Profesor: Jaime Núñez S. Grupo: S-TM_01 Integrantes: Hrs.

Abril Acuña 9

Michelle Barrie 9

Camila Estévez 9

Daniela Orellana 9

Santiago, 17 de Junio del 2012

INFORME 2 TURBOMEC® 2012 “Diseño Conceptual”

Introducción a la Ingeniería Grupo: S-TM_01 2

Índice:

1. Objetivos 3

2. Funciones 4

Identificación

Clasificación

Jerarquización

Establecimiento de restricciones

3. Análisis funcional 7

Diagrama FAST 10

4. Anteproyecto formal y dimensional del artefacto 11

5. Análisis preliminar de solicitaciones funcionales 14

6. Requerimientos estimados de insumos 19

7. Planificación del trabajo

Carta Gantt versión final 20



1. Objetivos:

1.2 Objetivo general

La finalidad de este proyecto es construir un avión que pueda despegar, planear y

aterrizar de una manera independiente con energía autosustentable, vale decir, que el

artefacto posea energía interna auto-propulsante; el cual tenga una trayectoria definida y

controlada.

1.3 Objetivos específicos

Los objetivos específicos de este informe en particular, son los siguientes:

Realizar un análisis funcional, identificando el conjunto de componentes físicos,

humanos y económicos que tienen relación con el artefacto volador; además

identificar las funciones del artefacto que lo relacionan con el medio ambiente.

Consolidar el perfil de la empresa reflejado en el aparato volador, a través de un

análisis formal y dimensional.

Realizar los estudios físicos relacionados al lanzamiento del aparato en base al

bosquejo formal y al análisis funcional del artefacto.

Dimensionar los costos relacionados con el artefacto volador.



2. Identificar, clasificar y jerarquizar funciones,

establecer restricciones.

A continuación expondremos las funciones de servicio, técnicas y limitaciones del

artefacto volador, con su respectiva jerarquización.

2.1 Sistema de Propulsión

2.1.1 Función:

Producir la energía necesaria para el desplazamiento del artefacto volador. Creación,

mantención y disipación paulatina de la energía. Considérese esta como la función principal, ya

que este sistema cumple con el objetivo principal, el cual es lograr que el artefacto volador se

desplace desde uno a otro punto fijo.

2.1.2 Restricciones:

Debe ser auto-impulsado, es decir, se descarta catapulta y cualquier método que no

produzca su propia energía. También queda descartado el uso de combustión, baterías,

pólvora, radio control, catapulta.

2.2 Sistema de Transmisión:

2.2.1 Función:

Transformar la energía entregada desde el sistema de propulsión. Esta función si bien

es complementaria, es la segunda más importante ya que es el sistema canal para lograr que el

objetivo principal se cumpla. En otras palabras, el sistema de transmisión permite que el

sistema de propulsión lleve a cabo su función.


Se deben utilizar materiales de desecho para crear esta parte. Además debe transmitir

energía autosustentable y autopropulsada.



2.3 Sistema Estructural:

2.3.1 Función:

Entregar soporte al artefacto, en otras palabras, forma el esqueleto del artefacto

volador. Tómese como una función complementaria, pero importante ya que si la estructura es

defectuosa, el desplazamiento del artefacto podría ser deficiente.


Se deben utilizar materiales reciclables, además no está permitido utilizar un objeto y/o

herramienta con su determinada utilidad, vale decir, su función en el aparato debe ser

diferente para la que fue concebido.

2.4 Sistema de Control

2.4.1Función:

Encargado de mantener el artefacto en una trayectoria controlada. Tómese como una

función complementaria.

2.4.2 Restricciones

No se puede utilizar un control remoto para controlar la nave.

2.5 Sistema de Aterrizaje

2.5.1 Función:

Se encarga de llevar a cabo el aterrizaje. Si bien es una función complementaria es la

tercera función más importante ya que se desea que el avión despegue, planee, y luego

descienda en un punto determinado.

2.5.2 Restricciones

La condición ambiental debe ser óptima para el día de la competencia y los días de

prueba, llámese a un día ideal, soleado con poco viento y humedad, a una temperatura

relativamente cercana a los 20ºC.



2.6 Sistema de Suspensión

2.6.1Función:

Se encarga de amortiguar el aterrizaje del artefacto volador, de esta forma se evitan

posibles destrucciones y/o desarme del artefacto volador. Considérese como una función

complementaria y cuarta en el nivel de importancia, ya que el último punto del objetivo

principal es que el avión aterrice de manera progresiva y no se destruya.

2.6.2Restricciones:

Debe estar construido de material reciclado o de uso general, este sistema no puede ser

el mismo de un avión de aeromodelismo ni de juguetes similares.

2.7 Orden de Sistemas

Orden Cronológico de uso de Sistemas Nivel de importancia (jerarquización)

2.1 Sistema de Propulsión Función Principal.

2.2 Sistema de Transmisión Función Complementaria, secundaria.

2.3 Sistema Estructural Función Complementaria, sexta.

2.4 Sistema de Control Función Complementaria, quinta.

2.5 Sistema de Aterrizaje Función Complementaria, terciaria.

2.6 Sistema de Suspensión. Función Complementaria, cuarta



3. Análisis funcional. Diagrama FAST.

3.1 Análisis funcional

3.1.1 Sistema de propulsión

3.1.2 Sistema de transmisión



3.1.3 Sistema de Estructura

3.1.4 Sistema de control

3.1.5 Sistema de Aterrizaje



3.1.6 Sistema de Suspensión

Funciones de Servicio

F1 : Crear energía para el trasporte del artefacto volador.

F2a: F2b: F2c:

Entregar energía mecánica al aparato. Transformar la energía potencial elástica en mecánica Disipar y Aumentar la energía potencial elástica.

F3a: F3b: F3c:

Entregar soporte al artefacto volador. Albergar al aparato volador. Resistir las condiciones ambientales a las que se somete el artefacto volador.

F4a: F4b:

Controlar la trayectoria del artefacto volador. Entregar un medio donde el artefacto pueda desplazarse.

F5a: F5b:

Realizar el descenso del aparato volador. Evitar el aumento de resistencia de las limitaciones ambientales.

F6 : Amortiguar el aterrizaje con la superficie de contacto.



3.2 Diagrama FAST



4. Anteproyecto formal y dimensional del artefacto.

1er Modelo del Artefacto Volador

2do Modelo del Artefacto Volador, con la visión interna de las alas



Medidas a escala del artefacto.

Vista del sistema de Propulsión.



Vista del Artefacto Volador de costado.

Vista del Artefacto volador desde arriba



Nuestra imagen corporativa se inspiró en un ave Fénix para el desarrollo conceptual de

nuestro artefacto volador. Dado que el ave fénix vive 500 años y renace de sus cenizas, lo cual

tiene directa relación con el sistema de energía auto sustentable que nuestro artefacto posee y

que nuestra empresa desea imponer y desea expresar en su perfil. Un Fénix cumple con ese

enfoque en el sentido de renacer y mantenerse todo el tiempo su fuerza, belleza y duración, las

cuales, son características que nuestra empresa, y aviones poseen.

Además Fénix es una galaxia lejana a la vía láctea. Nuestra empresa desea mostrar un

enfoque tecnológico, donde nos mantenemos vigentes, es modernos, y preocupados por el

desarrollo y creación de nuevas energías, manteniéndonos siempre al tanto de los adelantos de

tecnología.



5. Análisis preliminar de solicitaciones (requisitos)

funcionales.

El artefacto volador debe recorrer una distancia de 47,5 metros en el menor tiempo

posible, para hacer esto posible es necesario que exista el perfecto balance entre peso y

funcionalidad. Evaluaremos en este caso los requisitos mínimos que debe tener el artefacto

para poder realizar esta trayectoria. Supondremos que este sistema es un sistema ideal, es

decir se desprecia el roce con el aire y los factores climáticos que podrían afectar la trayectoria

del artefacto. Consideraremos que la altura se encuentra entre los 0 y 3 metros. Además

supondremos que la masa del artefacto volador se encuentra entre los 100 a 500 gramos de

masa y el ángulo de inclinación de la rampla es de 45º. Por último admitiremos que la

aceleración de gravedad es constante en todos los puntos y es igual a 9,8 [metros/segundos2].

La velocidad del avión la descompondremos en velocidad en el eje X y en el eje Y, llámense Vx y

Vy respectivamente. Vx se mantiene constante durante toda la trayectoria y Vy cambia su

dirección constantemente, expresándose ambos de la siguiente forma:

Donde:

Desarrollando las ecuaciones, nos queda:

(

) (

)



Por otra parte la altura la podemos expresar como:

Si remplazamos los valores que conocemos:

Luego:

Debido a que la altura (h) se encuentra entre 0 y 3 metros, por lo tanto:

Si

Si

Por consecuencia velocidad inicial se encuentra entre 0 y 10,742 [metro/segundo]

Dado que conocemos la velocidad, sabemos que su energía cinética queda expresada como:

Si consideramos los parámetros de la masa y la velocidad como los siguientes y remplazamos,

nos queda:

Masa [gr] Velocidad[m/s] K [J]

0 0 0

0 10,742 0

350 0 0

350 10,742 20,19

Por lo tanto, la energía cinética necesaria se encuentra en el intervalo (0, 20.19] [J]

Por otra parte, la energía potencial se define como:



Masa [gr] Altura [m] U [J]

0 0 0

0 3 0

350 0 0

350 3 10,29

Por lo tanto, la energía cinética necesaria se encuentra entre los (0; 10,29] [J]

Considerando la Energía Mecánica como:

Entonces la Energía mecánica necesaria se encuentra entre (0; 30,48] [J]

Asumiendo que la energía no se mantendrá constante, y en el momento en que el avión

aterrice su energía mecánica será 0 [J], la variación de energía mecánica será:

Donde:

Esta variación también se define como trabajo.

Por otra parte trabajo se define como:

Con:

Luego como conocemos el valor de la magnitud del vector desplazamiento la ecuación

quedaría expresada como:

Además sabemos que la Fuerza, depende del torque que ejerza el elástico al ser

enrollado. Por lo tanto:

Entonces:



Con:

Es de conocimiento físico que el torque está estrechamente ligado a la cantidad de

vueltas que se le den al elástico. De esta forma podemos decir que el torque es proporcional a

la cantidad de vueltas. Luego si expresamos la cantidad de vueltas en radianes nos queda:

Cabe señalar que el torque puede ser expresado por la constante de elasticidad y por el

número de vueltas expresado en radianes

Con:

Como conocemos los posibles valores que el trabajo puede tomar, entonces retomando

la ecuación:

Tendremos Dos casos extremos:

5.1 Caso 1 (W= O) Si W=0, entonces la Fuerza es O.

5.2 Caso 2 Si consideramos W= 30,48 entonces:

Luego si:

Donde:



Por ende:

[Nm]

Entonces, el torque que necesitaremos se encuentra entre 0 y 0.331 [Nm].



Requerimientos estimados de insumos o materiales

especiales a incluir.

Material Cantidad Uso

Bombillas 1 bolsa Estructura

Alambre 2 metros Estructura

Palitos de Maqueta 12 unidades Estructura

Cartón 1 caja Estructura

Elástico 16 unidades Propulsión

Palitos de Fósforo 1 caja Estructura

Papel Lustre 1 sachet Diseño

Las bombillas y el alambre formarán el fuselaje del artefacto volador, para esto

pasaremos el alambre por dentro de las bombillas. Las bombillas son materiales desechables y

de fácil obtención, al igual que el alambre. El revestimiento del fuselaje será formado por papel

celofán.

Para formar el parte de las alas usaremos alambre y cartón. Utilizaremos el alambre

para formar la estructura de las alas y, entremedio de estas, irán piezas de cartón para así

hacerlo estable. Además forraremos las alas con papel lustre, de esta forma el modelo asegura

que sea más aerodinámico.

Para generar la energía necesaria para que el artefacto volador se desplace, utilizaremos

la energía que proporciona un elástico. Este irá ligado a la hélice del artefacto volador, la cual

girará al desenrollarse el elástico.



6. Planificación del Trabajo (Carta Gantt versión final)

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