viernes, 29 de mayo de 2009

Otras ideas

Además de las 4 ideas presentadas detalladamente en las entradas anteriores, durante el transcurso del semestre pensamos otras ideas que no nos causaron tanto interes, por lo que no fueron desarrolladas con tanta profundidad como las 4 ideas ya presentadas.
Por esto, mostraremos brevemente cada una de ellas:

1. El tubo de Ruben
El tubo de Ruben es un experimento que muestra la relación entre las ondas de sonido y la presión. Se puede ver en la siguiente figura:



El dispositivo es un tubo de PVC al que se han hecho varios orificios y al que se adjuntan 2 parlantes a sus costados. Luego se prende fuego al gas propano como se ve en la figura.
Ahora, cuando uno produce sonidos en el parlante, el fuego actúa como una especia de ecualizador, tomando la forma de las ondas de sonido, como se ve en la foto.
El problema de este experimento es que es bastante inseguro.
Pueden verlo en video aquí.

2. Modelos de simulación del cuerpo humano
Otras opciones que consideramos fueron simular el sistema respiratorio o el circulatorio, por la gran relación que estos tienen con la Mecánica de Fluidos.
La idea, en cualquiera de los 2 casos, era hacer una maqueta que mostrará el flujo de sangre en el caso del corazón o de aire en el caso del pulmón, explicando los fenómenos físicos que ocurre dentro de cada uno.


Aquí una de las cosas interesantes es la función de bomba de agua que tiene el corazón.



En este caso lo interesante va por el flujo en la gran cantidad de "cañerías" que tiene cada pulmón.

3. Fluidos sujetos a aceleración
De lo visto en clases, uno puede conocer las superficies isobáricas de un fluido que está acelerando.
Nuestra idea era tener un carrito con una vela, y mostrar mediante el movimiento de la llama de la vela las formas que pueden adoptar las superficies isobáricas.

4. Funcionamiento del WC y Remolinos
Otra de las ideas que barajamos fue mostrar el funcionamiento de un WC o hacer un modelo de remolino, aunque practicamente no se avanzó nada en ninguna de las 2 ideas.

jueves, 28 de mayo de 2009

Reunión de grupo 28/05/09 e Idea escogida

Hoy tuvimos una reunión de grupo donde hablamos con el profesor de nuestras ideas para que nos aconsejara con el objetivo de elegir una idea definitiva para el proyecto.

Tras está reunión, la "pelea" por ver cual de las ideas iba a ser escogida quedo entre la noria de Lorenz y la transpiración de las plantas. Para escoger entre estas 2 posibilidades, analizamos las ventajas y desventajas de cada una, y finalmente escogimos la noria de agua de Lorenz.

Con la idea finalmente escogida, empezamos a idear la implementación del proyecto, es decir, como será construido y de que forma se mostrará el fenómeno de movimiento caótico. Estos temas quedarán pendientes por ahora y serán posteados en alguna próxima actualización del blog.

Aquí dejamos un link a la entrada de nuestro blog acerca de la noria, donde se explica brevemente el fenómeno y se puede ver un video de esta en funcionamiento, además de unos links interesantes.

miércoles, 27 de mayo de 2009

Definición de Metodologías



Para ordenar nuestro proceso de diseño, se investigó acerca de como se abordan los diseños ingenieriles en la actualidad.
En el final de este post se muestra un link a un PDF que usamos para guiarnos. Según este documento, los procesos de diseño se guian por las siguientes 10 etapas: Identificación de la necesidad, Investigación a fondo, Planteamiento del problema, Especificaciones de tarea, Ideación e Invención, Análisis, Selección, Diseño Detallado, Diseño de Prototipos y Producción.

Nosotros nos guiaremos de acuerdo a los puntos señalados anteriormente, poniendo especial énfasis en las últimas 6 etapas.
En el transcurso de esta y la próxima semana se llevarán a cabo reuniones de grupo, y una reunión con el profesor del curso que nos permitirán avanzar en las etapas 4 a 6 (desde Ideación de ideas hasta Selección).
En estas reuniones se discutirá acerca de las ideas pensadas (las que han sido publicadas en el blog, y quizás alguna que no haya sido publicada aún) y se analizará cada una, tomando en cuenta tanto su atractivo para el MIM como su "atractivo cientifico", es decir, la complejidad del fenómeno y lo interesante que pueda resultar desde el punto de vista de la Mecánica de Fluídos. También se discutirá la factibilidad de cada proyecto, para lo que se pensarán posibles diseños que permitan ilustrar los fenómenos.
Tras todos estos análisis se escogera una idea final (etapa 7), y con ella escogida se sostendrán más reuniones en las que se abordaran los puntos 8 y 9, es decir, el diseño final y la posterior construcción de este. En la etapa 9 también se incluye todo lo que es ensayo de prototipos, donde se revisará si el dispositivo construido logra mostrar de forma clara y atractiva el fenómeno escogido por el grupo.
Finalmente, con el dispositivo ya probado, se empezará la parte final del proyecto, que consiste en el análisis de los resultados obtenidos y la posterior presentación del proyecto.

Link al PDF:
Proceso de diseño

viernes, 22 de mayo de 2009

Cuarta Idea: "El dique de Oosterschelde"



Algunos países del mundo han tenido problemas con la naturaleza que han causado grandes problemas, como es el caso de Holanda, que al estar muy cerca del mar ha necesitado la construcción de diques que permitieran la seguridad del país.
Sin embargo, en 1953, fuertes inundaciones azotaron al país, destruyendo todos los diques y medidas de seguridad que se tenían en esos tiempos, lo que obligo al gobierno holandés, y a los ingenieros del mundo a pensar soluciones para aquel problema. Esa fue la tarea de Delta Works, empresa que empezó la construcción de los diques que ahora protegen a Holanda.
Entre ellos está el dique de Oosterschelde, que es ahora el más grande del mundo, y que junto al resto de los trabajos de esa empresa son consideradas una de las 7 maravillas del mundo moderno.
Cabe destacar que la inmensa magnitud de este proyecto (que consta de pilares gigantes de más de 30 metros, y enormes compuertas que regulan el paso del agua) demoró 10 años, en los que incluso se usaron barcos para suavizar el suelo de las profundidades del mar para poder colocar las partes del dique.

Conocido lo anterior, una buena idea de proyecto sería mostrar cuál es la idea bajo el funcionamiento de estos diques, mostrando los mecanismos que éstos tienen para controlar el nivel del agua, y haciendo análisis de la fuerza que deben soportar, mediante una maqueta que simule al menos un pequeño sector del dique.
Nosotros consideramos que esta es una buena idea, pues muestra un diseño ingenieril real, que ha sido de gran utilidad para la humanidad, y que además posee un gran interés del punto de vista de la Mecánica de Fluídos.

Para leer más acerca de las construcciones de Delta Works y un poco de Holanda, ver los siguientes links:

Página de Wikipedia acerca del dique de Oosterschelde (en inglés)
Sitio de Delta Works (en inglés)
Entrada acerca del dique en un blog de turismo holandés (en español)
Página de Wikipedia de Delta Works (en inglés)

lunes, 18 de mayo de 2009

Calendario de trabajo

A continuación les expondremos las distintas tareas a realizar para la creación del dispositivo y sus respectivos plazos. Es muy importante respetar los tiempos de trabajo estipulados, para no vernos apremiados a final del semestre.

Carta Gantt


(click para agrandar)

Calendario de Trabajo mes de Junio


(click para agrandar)


Detalle de tareas y fechas

Viernes, 29 de Mayo: Entrega primer informe. Segunda Revisión del blog.

Lunes, 2 de Junio: Visita de todos los integrantes al MIM.

Martes, 3 de Junio: Decisión final sobre que dispositivo crear y creación de primer bosquejo.

Viernes, 5 de Junio: Diseño final del modelo.

Sábado, 6 de Junio: Cotización y adquisición de los materiales necesarios para la construcción del dispositivo.

Martes, 9 de Junio: Primera parte construcción dispositivo.

Miércoles, 10 de Junio: Fin construcción dispositivo y prueba de funcionalidad.

Viernes, 12 de Junio: Entrega segundo informe.

Martes, 16 de Junio: Pensar sobre posibles mejorar ha realizar en el dispositivo.

Viernes, 19 de Junio: Revisión final del blog.

Martes, 23 de Junio: Realizar últimos arreglos al dispositivo.

Viernes, 26 de Junio: Presentación final de dispositivo.

domingo, 17 de mayo de 2009

Tercera Idea: "Transpiración en las plantas"

Antes de explicar el fenómeno de transpiración, se definirá el potencial hídrico, que corresponde a la energía potencial que posee una masa de agua. Se le designa por la letra Ψ y depende de una serie de factores:

*Concentración (ΨS, potencial osmótico): El agua fluirá desde una solución poco concentrada hasta una solución más concentrada.
*Presión (Ψρ, turgencia): El agua fluirá desde un sistema con presión alta hasta un sistema con baja presión.
*Altura (Ψg, potencial gravitacional): El agua fluirá hacia abajo.
*Capilaridad (Ψm, potencial matricial): Mezcla de ΨS y Ψρ. Este potencial se origina por las fuerzas de capilaridad y tensión superficial en espacios pequeños.
*Humedad (Ψv, presión de vapor): Es el mismo término que la turgencia, pero es más correcto emplear éste para la medición de potenciales en el vapor de agua.
*Carga (Ψc, potencial eléctrico): El agua no tiene carga (en general), por lo cual en el caso de la transpiracion de la plantas este se desprecia (sin considerar los iones que esta acarrea de la tierra, etc).
*Potencial de referencia (Ψ0): Es el potencial hídrico que posee el agua pura en condiciones estándar de temperatura y presión. Es muy difícil establecer un valor concreto, por convención se le ha asignado el valor 0.

Por lo tanto el potencial hidrico esta dado por:

Ψ = Ψ0 + ΨS + Ψρ + Ψg + Ψm + Ψv

(Hay que considerar que no todos estos factores del potencial hidrico influyen en la transpiración).

Ahora definiremos el concepto de transipiración, que es el proceso por el cual las plantas pierden agua en forma de vapor, principalmente por las hojas (esto ocurre a traves de los estomas, que son los poros de las plantas).



Una de las teorias para explicar este proceso es el mecanismo de tensión-cohesión.
Esta teoría dice que para que el agua ascienda por la planta a través del xilema (especie de cañerias o tuberias presente en la planta), lo que debe ocurrir es que a medida que el agua se evapora, perdiéndose por los estomas (transpiración), el Ψ se debe volver más negativo (recordar que el agua se mueve de una region de mayor Ψ a una de menor Ψ, y el flujo de agua ocurrirá hasta que los Ψ sean iguales o 0 ) . Este descenso de Ψ se transmite del estoma al mesófilo (el mesófilo es el tejido fundamental de la hoja, constituye el tejido fotosintético) y de ahí a las terminaciones del xilema foliar. El descenso del Ψ se transmite a lo largo del xilema hasta la raíz, generándose un Ψ menor que el del suelo, lo que origina que el agua fluya espontáneamente del suelo a la raíz.
El agua asciende por el xilema formando una columna continua gracias a las fuerzas que tienden a unir las moléculas de agua (cohesión) y tiende a ascender y adherirse a las paredes del tubo, siendo estas fuerzas también importantes. El flujo de agua puede interrumpirse (cavitación), ya que los gases disueltos en el agua pueden formar burbujas e interrumpir la conducción (lo que se conoce como embolia).
A este modelo se le denomina modelo de Tensión-Adhesión-Cohesión, que es la teoria mas aceptada para explicar el proceso de transpiración de las plantas.

Mecanismo de transpiración:

Ψsuelo > Ψxilema raíz > Ψxilema tallo > Ψhoja > Ψatmósfera

Donde los valores respectivos para cada Ψ (que se mide en unidades de presión) son:

0,5 MPa -0,6 MPa -0,8 MPa -0.8 MPa -95 MPa.

Cabe mencionar que de forma ideal, el flujo de agua a través de los capilares del xilema viene determinado en la ecuación de Poiseuille. Pero no basta un sistema de capilares para lograr ascensos de agua de más de 100 m. y flujos tan elevados, es por esta razon que para explicar el transporte de agua en arboles, se emplea el modelo descrito anteriormente.

Si alguien quiere ahondar mas en el tema y averiguar más acerca de la ecuación de Poiseuille siga los siguientes links:

http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Poiseuille
http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/bolarios/FisioVegetal/TeoriaFisioVegetal/Resumenes/tema4.htm
http://biocity.iespana.es/fisveg/fv5.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_hidrico

Esta idea nos parecio novedosa e interesante, ya que consiste en un fenómeno cotidiano que esconde una complejidad jamás pensada. Falta encontar un proyecto a escala que ilustre este proceso, para poder ser exibido en el MIM.

jueves, 14 de mayo de 2009

Segunda idea: "Curvas isobáricas"
















Sabemos de la ley hidrostática que para un fluido en reposo sometido a un campo de fuerzas másicas, la presión esta determinada por la siguiente relación:

Es decir, que el gradiente de presión tiene la misma dirección que el campo de fuerzas y es proporcional a el producto de la masa especifica con éste.

Si aplicamos esta relación a un fluido que se encuentra en un estanque que gira, donde el fluido se mueve como un todo (no escurre), las fuerzas másicas a las que se encuetra expuesto son la gravedad y la fuerza centrípeta.

Desarrollando se llega a que la presión esta dada por:

Es decir las curvas isobáricas son paraboloides de revolución que dependen de la densidad del fluido.

Ahora, ¿qué pasaría si en ese mismo estanque se echaran fluidos de distintas densidades y colores? Según la fórmula anterior, las isóbaras dependeran de las densidades de los fluidos, por lo cual éste se separaria en en paraboloides de distintas alturas y colores, como indica la figura.

Esta es una idea general, falta desarrollarla más y comprobar experimentalmente que se cumple lo que dice la teoría. Consideramos que es un fenómeno interesante que llamaría la atención del público del MIM además de enseñar parte de la teoría de la mecánica de fluidos.