AUTOCOHETES


MANUAL:
AUTOCOHETE PET A NAFTA & COMPETENCIA DE DISTANCIA



          
IMPORTANTE: En la construcción, prueba y competencia con éste tipo de objetos, siempre hay riesgos, debido al uso de cortantes, la manipulación de combustibles, el uso de herramientas... por ello definimos a la actividad adecuada para mayores de 12 años y siempre bajo la observación, guía y cuidado de un adulto responsable.

   

DEFINICIÓN DE AUTOCOHETE PET A NAFTA (ACPET):

Definimos como autocohete PET (ACPET) al vehículo autopropulsado realizado con una botella o varias de gaseosa de PET (polietileno Tereftalato) que utiliza la combustión explosiva de una mezcla de nafta/aire en su interior para la generación de energía.

OBJETIVO DE LA CONSTRUCCIÓN DE UN ACPET
Primariamente el diseño y construcción permite el aprendizaje y/o puesta en acción de conocimientos de las áreas de física, química y tecnología. Manipulación responsable de materiales con algo de riesgo. Aceptación y puesta en acción de normas de seguridad. Como finalmente el objetivo es la generación de competencias, el hecho de trabajar en equipo permite el desarrollo de actitudes necesarias para el logro grupal del éxito.

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR COHETE
El principio de su funcionamiento se basa en la expulsión de una masa de gases calientes, producto de la combustión de la nafta a través de un orificio o tobera que se halla en la tapa del envase. Basándonos en el Principio de Acción y Reacción de Isaac Newton… “Toda acción (fuerza) realizada en un sentido que llamamos FUERZA DE ACCIÓN, produce una igual y de efecto contrario que llamamos FUERZA DE REACCIÓN”. Tal es así que la masa de gases eyectada desde el interior de la botella produce una fuerza hacia atrás (fuerza de acción) y se produce una fuerza que es igual y opuesta, e impulsa a la botella hacia delante (fuerza de reacción).




La velocidad adquirida por la botella dependerá de varios factores:

         EL AUTOCOHETE: PRINCIPIOS FUNDAMENTALES:
1) Efectividad de la propulsión (fuerza producida por la salida de gases).


Ella depende del orificio de salida o de la tobera que se disponga. El orificio de salida óptimo para una botella de 3 litros fue determinado experimentalmente por el equipo de IKARUS está entre los 5 y 6mm. Un simple orificio es útil, pero se puede mejorar el rendimiento con el uso de una tobera, puesto que las mismas direccionan la masa de gases de propulsión.


Como se puede ver en el gráfico que representa a la tapita de la botella con sólo una perforación, los gases al expandirse “se abren demasiado” (el ángulo de los gases es muy amplio) y no toda su fuerza se transformará en propulsión útil. El uso de una tobera, permite reducir el ángulo de despliegue de los gases, lo que mejora el rendimiento del motor cohete.



La tobera puede ser realizada en diversos materiales, dependiendo de las propiedades de los mismos frente a la acción de la temperatura pueden ser reutilizados o no. En el caso de materiales que se dañan debido a la temperatura de los gases que atraviesan la garganta, su diámetro puede verse afectado tras varios usos, lo que disminuirá el rendimiento del cohete.


En sí, se puede inferir que cualquier estructura que direccione a los gases de salida, puede mejorar el rendimiento del uso de un simple orificio de salida.





Datos típicos hallados experimentalmente para una tobera diseñada para una botella de tres litros

2) Velocidad y distancia recorrida:

            Son muchos los factores que pueden incidir en estas variables a la hora de realizar el lanzamiento del ACPET, pero los más importantes son:
                        a) El peso del ACPET: aumentará el roce con el suelo
                        b) Las ruedas: tendrán dos puntos de fricción, eje/buje y rueda/suelo
                        c) La dirección: debido a que se medirá la distancia lineal recorrida, todo giro, curva o choque con los laterales de la pista provocará que la distancia recorrida no sea la mejor.
                        d) Vuelo: puede que el ACPET se levante del suelo, perdiendo energía y hasta quizá con riesgo de vuelco.

3) Combustible y mezcla de combustión:

            Originariamente en las prácticas de las reuniones del Club Ikarus se utilizaba alcohol con buenos resultados. Posteriormente se evaluaron otros combustibles en cuanto a su eficiencia como a la seguridad en su uso, determinándose como el mejor combustible para nuestro propósito la nafta especial.

            La precisión de la preparación de la mezcla combustible/aire es importante, mucho combustible gasificado (recordad que los vapores de los combustibles son los que arden) o demasiado aire en la mezcla producirán un bajo rendimiento. En el caso de la nafta la mezcla debe tener un 15% de combustible gasificado y un 85% de aire, como es muy difícil de lograr con precisión con los elementos que generalmente disponemos, la práctica nos indica que los pasos para la obtención de la mezcla explosiva serán:
1º Colocar de 5 a 10 gotas de nafta en la botella (lo mejor es siempre la experiencia personal.
2º Tapar y “hacer respirar” (apretar y soltar) unas tres veces. Este proceso permite la gasificación de la nafta al generarse baja presión cuando la botella “se infla” y permite una buena mezcla con el aire que ingresa a través del orificio de la tapa o la tobera.

Para quienes desean “hilar un poco más fino”
Los hidrocarburos reaccionan con el oxígeno del aire produciendo en el caso de una reacción de combustión completa (hay suficiente oxígeno) según se expresa en la ecuación química:


La “n” representa una cantidad no especificada, en el caso de los destilados de petróleo (como la nafta) no podemos hablar de una sola sustancia, sino de un mezcla de muchas, por ello es preferible en éste caso no indicar la cantidad de átomos de carbono y de oxígeno en el hidrocarburo, lo que nos impide determinar la cantidad de dióxido de carbono y de agua que se obtienen como productos.


4) Condiciones de seguridad:

Si bien en los dos años que se lleva trabajando en el Departamento con el grupo de jóvenes del Club Distrital de Ciencia y Tecnología Ikarus, no se ha registrado ningún accidente, más allá de alguna quemadura en un dedo durante el lanzamiento por no utilizar un hisopo, se hace necesario recomendar:

a) Nunca almacenar la nafta a utilizar como combustible para el ACPET en recipientes mayores que un frasco gotero de más de 100ml

b) Nunca realizar las prácticas en ambientes que tengan materiales que puedan inflamarse: alfombras, cortinas, telas, aserrín…

c) Nunca utilizar ropa de materiales sintéticos si se pretende realizar el lanzamiento.

d) Nunca realizar el lanzamiento si se haya alguien en la trayectoria del ACPET

f) No jugar con ningún material, ni en ninguna circunstancia mientras se está trabajando con el ACPET. Estas actividades no son un juego.


BORRADOR:

REGLAMENTO DE LA COMPETENCIA DE DISTANCIA DE ACPET


1. La Competencia se realizará entre equipos que pueden tener de dos a cuatro integrantes. En el caso de las formas libres pueden conformarse entre amigos o familiares, en el caso de interescolares cada equipo estará formado por alumnos de una institución que representarán a la misma. Los participantes serán:
Categoría Menores: mayores de 12 años y menores de 18, con responsable adulto a cargo
Categoría Mayores: mayores de 18 años

2. Regirán durante la competencia todas las normas de educación y caballerosidad. Cualquier falta a las mismas quedará a criterio del juez de la Competencia castigar con resta de metros o con la eliminación del equipo de la Competencia.

3. El Juez de la Competencia será elegido por el organizador y no guardará relación alguna con ninguno de los equipos participantes. Su fallo será inapelable, salvo que se encuentren pruebas sobre un equipo que halla realizado acciones que contradigan al presente reglamento.

4. El ACPET será realizado con una botella de PET con un máximo de 3 litros o equivalente: dos de 1,5 litros, tres de 1 litro. Por regla general, la construcción podrá utilizar tantas botellas como se desee, con la salvedad de no poder sobrepasar la suma de los volúmenes nominales de los envases, a un volumen de 3 (tres) litros, lo que se declarará con la etiqueta que pertenece a cada envase (si no se halla en el cuerpo del envase, deberá constar en la ficha del ACPET que cada equipo deberá entregar al momento de la inscripción. El vehículo podrá tener todo tipo de accesorio que mejore su competitividad, salvo cualquier estrategia que incremente su potencia (la energía a utilizar será solamente la disponible por la combustión de la nafta por combustión en el interior de la botella/s de PET. Tanto la cantidad de ruedas como los materiales de construcción de las mismas quedan a criterio del equipo participante, la única limitación es que las mismas se hallen dentro de las medidas especificadas para el tamaño total del vehículo. Las dimensiones máximas del ACPET serán: largo: 1m ancho: 50cm alto: 50cm. Vehículos con más de una botella, ver apéndice.

5. Del área de competencia: se dispondrá de una recta que será y contará con un ancho de una calle de una mano, preferentemente sin abovedado. La distancia recorrida será tomada desde el punto en el cuál se detuvo el vehículo (sobre sus ruedas, volcado o frenado por impacto en los laterales) hasta el punto de partida. Cada partida tendrá disponible 1 minuto para el lanzamiento, pasado ése tiempo, se considerará lanzamiento nulo y la distancia recorrida será de 0m. En el caso de competencias bajo techo, se arbitrarán los medios que garanticen el ancho correspondiente y una longitud que no entorpezca la totalidad de la potencial distancia a recorrer por el vehículo. En el caso de competencia callejera, el escape de la pista por encima del cordón será descalificatorio.

De la competencia: Dependiendo de la cantidad de inscriptos se optará por distintas opciones:

Veinte o menos participantes: Suma de tres lanzamientos, realizados de a uno por cada participante.

Más de veinte participantes: Por rondas clasificatorias, al mejor de dos lanzamientos y con final.

6. De la Seguridad y prohibiciones:

Queda terminantemente prohibido:
Almacenar el combustible para el ACPET en recipientes mayores que un frasco gotero de más de 100ml
Utilizar cualquier artilugio, técnica o método que le brinde al ACPET mayor energía en el desplazamiento que no sea la provista por la combustión dentro de la botella/s
Utilizar ropa de materiales sintéticos si se pretende realizar el lanzamiento.
Nunca realizar el lanzamiento si se haya alguien en la trayectoria del ACPET
Dentro del área de competencias está prohibido realizar acciones que no correspondan con las necesarias para el desarrollo de la misma, realizar juegos de ningún tipo, beber bebidas alcohólicas o fumar.
Hacer uso de vocabulario indebido u ofensivo, cualquier tipo de discriminación o acto de violencia, sea física, verbal o psicológica.
Lucrar mediante sponsor
Utilizar otro combustible que no sea el provisto por los organizadores.
Poner en riesgo la integridad física, moral o psicológica de cualquiera de los participantes, organizadores o concurrentes.

APENDICE

1) En el caso de construir un vehículo con varias botellas de volúmenes inferiores a 3 litros, se observarán los siguientes cortes con el fin de la asociación de las botellas entre sí y el volumen que se tendrá en cuenta para cada unidad será el nominal de la botella. Ver gráfico:




MODELO DE FICHA DE INSCRIPCIÓN
(Para cuando se organiza una competencia)


NOMBRE DEL EQUIPO:

Integrantes del Equipo (en caso de haber menores el 5 es el adulto responsable)

Apellido
Nombres
DNI
1



2



3



4



5



Datos constructivos del prototipo:
Nombre del ACPET: 
Peso:
Tipo de botella utilizada:
Cantidad:
Breve descripción de detalles constructivos (materiales, ruedas, estabilizadores… etc.)







REGISTRO Nº:…………………………..