martes, 24 de septiembre de 2019

Taller cinemàtica 2.1

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER UIS

SEDE BARBOSA

TALLER 2.1 M.U FISICA INTRODUCTORIO

MOVIMIENTO UNIFORME

OBJETIVO: aplicar el concepto de movimiento uniforme y modelos matemáticos en la solución de problemas.

E.1 En las carreras de fórmula 1, las máximas velocidades se alcanzan en los tramos rectilíneos, si un auto alcanza los 350 Km/h en un sector rectilíneo, que tiempo emplea en recorrer 100 metros?

E.2 Una de las armas modernas dispara balas a razón de 6500 m/seg. ¿Si se dispara, con esta arma, a una presa que se encuentra a 2000 metros de distancia, es posible que la presa huya, debido a la explosión del disparo, antes de ser impactada por la bala? Explique. ¿Siendo el impacto muy preciso en la presa, que tiempo después de ser disparada el arma la bala da en el blanco?

E.3 Un buzo al emerger de grandes profundidades debe realizar el ejercicio lentamente debido al cambio de presión. Si el buzo asciende a razón de 4 m/min, cuanto tiempo, en segundos, demora en ascender a la superficie del mar si se encuentra inicialmente a 2500 m?

E.4 El colibrí mueve sus alas a razón de 1500 veces por minuto, ¿cuál es la rapidez de su movimiento en segundos? ¿Es válido hablar de rapidez de movimiento de sus alas?

E.5 Dos atletas parten de un mismo punto y le dan vuelta a una pista atlética de forma oval de 400 metros de longitud. Uno de ellos se desplaza a 7 m/seg y el segundo a 5 m/seg. ¿En qué vuelta el atleta más veloz le toma una vuelta de ventaja a su competidor?

E.6 Un barco al hundirse desciende con rapidez uniforme hasta las profundidades del océano, en un sector donde la misma alcanza los 8600 metros de profundidad. Cuánto demora el barco en tocar el suelo marino, si desciende con una rapidez de 4 m/seg.

E.7 Dos automóviles distan 5 Km uno de otro, y marchan en sentidos contrarios, a 40 y 60 Km/h. ¿Cuánto tardarán en cruzarse?

E.8 Dos estaciones distan entre sí 100 Km. De A sale un tren que tardará 2 horas en llegar a B; de B sale otro hacia A, adonde llegará en una hora y media. Calcular a que distancia de A se cruzan, y qué tiempo después de haber partido simultáneamente cada uno de su estación (solución gráfica y analítica).

E.9 Dos autos A y B se mueven en sentidos contrarios con velocidades constantes de 40 m/s y 60 m/s, respectivamente. ¿Después de que tiempo se encuentran si inicialmente estaban separados 2000 m?

E.10 Un ladrón, viaja en un automóvil con una rapidez de 60 [km/h] en una zona residencial. Cuando pasa frente a una motocicleta de la policía de tránsito, este sigue al delincuente partiendo del reposo con una aceleración de 1,2 m/s2. Para la situación planteada: a) Dibuje una gráfica de posición v/s tiempo para ambos móviles. b) Determine el tiempo que tarda el policía en alcanzar al delincuente. c) La rapidez que lleva el policía al momento de alcanzar al delincuente.

E.11 Un automóvil se desplaza por una carretera que es paralela a la vía de un metro. El automóvil se detiene ante un semáforo que está con luz roja en el mismo instante que pasa un metro con una rapidez constante de 12,0 [m/s]. El automóvil permanece detenido durante 6,0 s y luego parte con una aceleración constante de 2,0 [m/s² ]. Determine: a) El tiempo que emplea el automóvil en alcanzar al metro, medido desde el instante en que se detuvo ante el semáforo. b) La distancia que recorrió el automóvil desde el semáforo hasta que alcanzó al metro. c) La rapidez del automóvil en el instante que alcanza al metro.

E.12 Un caracol recorre en línea recta una distancia de 10,8 m en 1,5 h. ¿Qué distancia recorrerá en 5 min?

E.13 . Un móvil viaja en línea recta con una velocidad media de 1200 cm/s durante 9 s, y luego con velocidad media de 480 cm/s durante 7 s, siendo ambas velocidades del mismo sentido: a) ¿cuál es el desplazamiento total en el viaje de 16 s? b) ¿cuál es la velocidad media del viaje completo? Sol.: a) 14161 cm b) 88,5 cm/s

E.14 Se produce un disparo a 2,04 km de donde se encuentra un policía, ¿cuánto tarda el policía en oírlo si la velocidad del sonido en el aire es de 330 m/s? Sol.: t = 6,18 s

E.15 Dos vehículos salen al encuentro desde dos ciudades separadas por 300 km, con velocidades de 60 km/h y 40 km/h, respectivamente. Si el que circula a 40 km/h sale dos horas más tarde, responda a las siguientes preguntas: a) El tiempo que tardan en encontrarse. b) La posición donde se encuentran. Sol.: a) 3,8 h b) 228 km del primero

E.16 Dos trenes se cruzan perpendicularmente y hacen un recorrido durante cuatro horas, siendo la distancia que los separa al cabo de ese tiempo, de 100 km. Si la velocidad de uno de los trenes es de 20 km/h, calcular la velocidad del segundo tren. Sol.: v = 15 km/h

E.17 Dos vehículos cuyas velocidades son 10 Km/h y 12 Km/h respectivamente se cruzan perpendicularmente en su camino. Al cabo de seis horas de recorrido, ¿cuál es la distancia que los separa? Sol.: 93,72 km. 11. Dos coches salen a su encuentro, uno de Bilbao y otro de Madrid. Sabiendo que la distancia entre ambas capitales es de 443 Km. y que sus velocidades respectivas son 78 Km/h y 62 Km/h y que el coche de Bilbao salió hora y media más tarde, calcular: a) Tiempo que tardan en encontrarse b) ¿A qué distancia de Bilbao lo hacen? Sol.: a) Tardan en encontrarse 2,5 horas b) A 195 km de Bilbao.

E.18 Dos puntos A y B están separados por una distancia de 180 m. En un mismo momento pasan dos móviles, uno desde A hacia B y el otro desde B hacia A, con velocidades de 10 m/s y 20 m/s respectivamente. Hallar analíticamente y gráficamente: a) ¿A qué distancia de A se encontraran? b) El instante del encuentro. Sol.: a) 60 m; b) 6 s

E.19. Dos automóviles que marchan en el mismo sentido, se encuentran, en un momento dado, a una distancia de 126 Km. Si el más lento va a 42 Km/h, calcular la velocidad del más rápido, sabiendo que le alcanza en seis horas. Sol.: v = 63 km/h

lunes, 18 de enero de 2016

Mecánica de fluidos 1-3

Disipador de calor infinito: La gran ventaja de las nuevas plantas nucleares flotantes

Disipador de calor infinito: La gran ventaja de las plantas nucleares flotantes

Hay una serie de factores que deben ser abordados en la identificación de los sitios más adecuados para ubicar un reactor nuclear. La población es uno de los más importantes; situarlo demasiado cerca de una zona densamente poblada genera la oposición pública, que puede dar como resultado en la suspensión del desarrollo del proyecto. La identificación de terrenos planos y fácilmente regenerables sobre los que construir también es de vital consideración. Pero más importante aún, es que la disponibilidad de agua también debe ser tomada en cuenta.

Como saben muy bien los operadores de la planta de energía nuclear de Fukushima, el mayor desafío llevado a cabo en materia de seguridad nuclear no está respondiendo al incidente inicial, pero habilitó el acceso a suficiente agua como para mantener los materiales radiactivos enfriados. Como resultado de estas y otras muchas cuestiones que deben abordarse en el proceso de selección del emplazamiento de una central nuclear, el enfoque convencional ha sido construir los reactores dentro de un área relativamente cerca de la costa, aprovechando así el suministro abundante de agua que provee el mar. La cuestión, como Fukushima demostró, es que tal planteamiento puede poner en riesgo la planta en caso de desastres como puede ser un tsunami.

Esta lógica convencional puede cambiar gracias a un equipo de ingenieros y científicos que han diseñado un nuevo tipo de reactor nuclear que es capaz de disponer de un “disipador de calor infinito”, o como se diría en el lenguaje cotidiano común: el mar. El equipo, formado principalmente por integrantes deldepartamento de ingeniería y ciencia nuclear del MIT, ha combinado los conceptos de pequeños reactores nucleares modulares y plataformas petrolíferas en alta mar para crear un reactor nuclear flotante que podrá situarse a pocos kilómetros de la costa.

El modelo propuesto, que opera de la misma forma que un reactor modular con base en tierra, sería transportado a pocos kilómetros de la costa donde este fuese necesario. El diseño que se encuentra aún en la etapa conceptual, podría ser ampliamente demandado en un modelo comercializado en mercados como Indonesia, Chile y África.

Los ingenieros del proyecto opinan que la combinación de estas dos tecnologías ofrece una sólida base sobre la que pueden construir una planta con un buen rendimiento económico y una actuación sobresaliente en seguridad. Se trataría por tanto, de una planta que podría ser construida enteramente en un astillero centralizado y luego remolcada hasta el lugar deseado donde sería amarrada o anclada a pocos kilómetros de la costa, conectándose a la red eléctrica con una línea de transmisión marina.

Situar reactores nucleares en el mar no es una idea nueva. Los Estados Unidos llevó a cabo el primer reactor flotante en el Canal de Panamá en 1968, mientras que Rusia anunció en 2013 que, después de varios años de investigación, pondrán en marcha su primera planta nuclear flotante para el 2016. El modelo ruso, que se está construyendo en los astilleros de BaltiyiskyZavod en San Petersburgo, contará con dos reactores nucleares KLT-40S instalados en una embarcación que será remolcada a una ubicación determinada en alta mar. Los dos reactores según fuentes oficiales, son capaces de generar hasta 70 MW de electricidad.

Planta de energía nuclear flotante de Rusia

Pero el equipo del MIT cree que su diseño propuesto, podría generar de 50 MW a 1.000 MW de energía eléctrica gracias al concepto ideado, representando una forma más segura de operar gracias a un entorno rodeado por agua. Como resultado, los tsunamis y los terremotos ya no serían una fuente de riesgo para una planta nuclear, porque en esencia el océano protege de las ondas sísmicas y las olas de tsunamis en aguas relativamente profundas.

Gracias a este planteamiento, el océano puede ser utilizado como un disipador de calor infinito, por lo que el calor de desintegración que se genera por el combustible nuclear, incluso después de que el reactor se haya apagado, puede ser extraído de forma indefinida y esto supone una ventaja importante con respecto a las plantas actuales, en la que el disipador térmico final no asegura necesariamente su operatividad efectiva a muy largo plazo en una amplia gama de situaciones.

Si bien su diseño y capacidad para aprovechar el agua disponible abundantemente en el entorno ofrecen claros beneficios de seguridad, sigue siendo un reactor. Todavía sería proclive a ataques o sabotajes, y aunque el impacto que supondría en tierra de un accidente se reduciría al mínimo refrigerándose con las ventajas que ofrece el mar, el impacto sobre la vida marina podría ser desastroso si hubiese una explosión. Con Rusia y ahora los Estados Unidos llevando a cabo este tipo de desarrollos, el panorama de la energía nuclear podría cambiar radicalmente centrándose ahora en entornos marítimos. El diseño del MIT ofrece claros beneficios y una mayor seguridad, pero los riesgos siguen estando presentes y deben ser tratados con profundidad antes de que el concepto sea puesto a prueba.

Partes del nuevo concepto de central nuclear flotante

Mecánica de fluidos 1.2

Mecánica de fluidos 1-2

Buque de Investigación Oceanográfica RRS Discovery

POR EUGENIO RODRÍGUEZ
EN NAVAL
— 28 ENE, 2014

El RRS (Royal Research Ship) Discovery, es un nuevo buque de investigación oceanográfica polivalente de última generación construido para la principal organización de investigación medioambiental del Reino Unido, laNational Environment Research Council (NERC). Mediante un presupuesto total de 78 millones de libras esterlinas (95 millones de euros) comenzó a construirse en febrero de 2011, siendo entregado finalmente en julio de 2013.

El RRS Discovery fue construido con el objetivo de reemplazar al buque de investigación que lleva su mismo nombre perteneciente a la flota del NERC, después de estar operativo durante más de 50 años. El nuevo buque puede operar a nivel mundial, proporcionando una extraordinaria oportunidad a los investigadores para centrarse en algunos de los problemas ambientales más graves del mundo, tales como terremotos submarinos, deslizamientos de tierra, ecosistemas marinos y cambio climático. Para ello, el buque está equipado con tecnologías de medición por ecosonda multihaz, registro de datos integrados, sistemas de ciencia multidisciplinar, monitorizadores sísmicos, dispositivos de análisis de agua, operaciones con ROV (vehículo operado a distancia), medidores CTD, sistemas de extracción de muestras de aguas profundas y asignadores de red de arrastre.

Siendo un buque de la clase hielo, diseñado por los ingenieros de Skipsteknisk, incorpora tanto un casco como un sistema de propulsión pensados específicamente para lograr un rendimiento óptimo reduciendo los costes de operación y mantenimiento a largo plazo, ideado para alcanzar una vida útil mínima de 25 años. Para aprobar las decisiones en el diseño final, los ingenieros navales realizaron una serie de pruebas con modelos y simulaciones de mecánica de fluidos computacional (CFD) durante la última fase de desarrollo. Otras pruebas realizadas durante esta fase incluyeron tests de resistencia y fuerza, así como pruebas de maniobras y ensayos de cavitación de las hélices.

Diseñado principalmente para llevar a cabo investigaciones del océano profundo, el barco también puede realizar estudios en los márgenes continentales y complementar las operaciones del RRS James Cook, que entró en servicio en marzo de 2007. El buque cuenta con un sistema eléctrico diésel de baja pérdida Wärtsilä que ayuda a minimizar las emisiones de CO2 mediante la reducción de las pérdidas eléctricas, y por lo tanto requiere de menos energía. Otras características incluyen bajo nivel de emisiones de ruido, así como mínima vibración interna, ruidos de flujo y cavitación.

El RRS Discovery dispone de una eslora total de 99,70 m, una manga de trazado de 18 m, un puntal a cubierta principal de 7,40 m, un puntal a la cubierta superior de 10,20 m, un calado de 6,50 m, un arqueo bruto de 5.941 t y un tonelaje neto de 1.782 t.

El buque fue fabricado por el Astillero Freire (C.N.P. Freire) en Vigo, al norte de España. El primer acero para la embarcación fue cortado en noviembre de 2010, instalándose la quilla el 15 de febrero de 2011. El casco no fue terminado hasta enero de 2012, dando fin al resto del conjunto durante el transcurso del año. Una vez terminado, se llevaron a cabo los ensayos de operatividad en el mar a mediados del 2013 para comprobar el correcto funcionamiento de los sistemas. Pasado este período, se realizó la entrega del RRS Discovery en julio de 2013durante una ceremonia especial antes de entrar en servicio para los programas de ciencia del Reino Unido.

Timelapse de la construcción del RRS Discovery.

El RRS Discovery está propulsado por un grupo de cuatro generadores eléctrico diésel Wärtsilä 8L20 de ocho cilindros en línea, incluyendo dos motores de corriente continua cada uno con una capacidad de 2.200 kW. Asimismo, la embarcación cuenta con dos propulsores azimutales con hélices de paso fijo de cinco palas, un propulsor azimutal retráctil y un propulsor de agua a chorro. En líneas generales, el buque tiene capacidad para 24 miembros de tripulación y 28 científicos, incluyendo zonas de descanso, camarotes independientes, áreas de ocio, sala de conferencias, biblioteca, sala de cine, hospital, gimnasio, lavandería, comedor y cocina.

El equipamiento de maquinillas-winches, incluye sistema de extracción de muestras y arrastre para diversas profundidades incluyendo tecnología CTD (conductividad, temperatura y profundidad), así como sistemas de manejo de contenedores portátiles. Los sistemas de elevación incluyen un grupo de grúas integrado por un gran pórtico de popa, un pórtico en paralelogramo, una grúa pesada marítima y diversos tipos de grúas para la manipulación de cargas en cubierta.

El contrato para la construcción del buque fue otorgado a CNP Freire en marzo de 2010, para ser operado una vez finalizado por la división National Marine Facilitiesdel NERC. El Department for Business, Innovation and Skills proporcionó 48 millones de euros a través del fondo de capital de grandes instalaciones, mientras que el resto de la inversión fue directamente asumida por la NERC.

Los ingenieros de Kongsberg Maritime fueron contratados en octubre de 2010 para suministrar los sistemas integrados compuestos de hidro-acústica, investigación, navegación y maniobras, mientras que los ingenieros de Wärtsilä fueron los encargados del suministro de los equipos de propulsión para el buque antes de finales de 2011. El resto de empresas partícipes del proyecto incluyó a Rolls-Royce para suministrar los cabrestantes científicos y sistemas de elevación, Emenasa Montajes Navales para la instalación eléctrica, Aeron para los sistemas HVAC, Sormec Marine Cranes e Industrias Ferri para las grúas, Merit Process Engineering para los contenedores laboratorios y ArcelorMittal para proveer el acero estructural.

Lectura 1.1 Mecánica de fluidos

A continuación aprovechando lecturas cortas tomadas de Discovery, escritas por Gumersindo Fernandez, quiero presentar la temática general de estudio del primer capítulo en el presente año de física, dedicado a la mecánica de fluidos.

Trabajo: Se presenta un Ensayo del capítulo en forma individual y un trabajo práctico de aplicación en grupo de 4 estudiantes. La fecha se fija en clase y solamente se acepta en la misma salvo en el caso de situaciones específicas de calamidad o salud.

Scooped by Gumersindo Fernández