DISEÑO DE UNA METODOLOGÍA PARA RESOLVER Y COMPRENDER EL FUNCIONAMIENTO DE UN ARTEFACTO FLOTANTE A PARTIR DE IMÁGENES COMO ÚNICA INFORMACIÓN

 Artefacto deportivo con hidroala, impulsada con fuerza corporal.

Se trata de dilucidar  el funcionamiento de un artefacto de gran interés náutico existente en el mercado internacional, llamado “Aquaskiper”. Dotado de perfiles hidrodinámicos, sin elementos de boyantez y mecanismos de impulsión. Este objeto mediante movimientos coordinados del cuerpo, avanza con gran rapidez sobre la superficie del agua, sin hundirse y manteniéndose estable,.

La tesis diseña una metodología en base a modelos a escala reducida, los que son arrastrados en un canal de pruebas. Se dibujó y realizó los modelos, a partir de imágenes y videos como única fuente de información (en Chile no se encuentra este artefacto). Se verifica finalmente el funcionamiento del aparato mediante la construcción de un prototipo.

ENCARGO

Origen del encargo

Corresponde al estudio de una embarcación deportiva con sistema de hidroalas  accionados a  impulsión humana llamada Aquaskipper perteneciente al campo de los “human powered hydrofoils”

Actualidad del encargo

Hoy en día, este tipo de embarcaciones deportivas con hidroalas a impulsión humana, como lo son el Aquaskippper, Trampofoil y  Pogofoil –
los dos últimos en sus versiones anteriores- tienen la necesidad de partir de una orilla construida con el fin de obtener un impulso inicial que le proporcione una fuerza inercial suficiente para poder accionarlos en el agua, además carecen de una boyantes que permita hacerlos funcionar  cuando se quiere partir del centro del agua misma, por ejemplo, si se el artefacto se detiene  en la mitad de una laguna, al momento de hundirse es imposible accionarlo nuevamente a no ser que regrese a una orilla o una embarcación cercana.

Importancia de resolver el encargo

La construcción de una metodología que pueda ser usada por cualquier persona a modo de lograr una comprensión  del funcionamiento de las hidroalas para incentivar su utilización en artefactos náuticos unipersonales, como lo son el surf, windsurf, kayak, etc.

OBJETIVOS

Objetivo General

Invención de una metodología de trabajo e investigación mediante estudio de modelos y prototipos basados en imágenes y videos como única información, que permita revelar el funcionamiento total del aquaskipper, tanto sus hidroalas, su geometría y su modo de impulsión.

Objetivos específicos

Análisis de la geometría total a partir de imágenes y videos como única referencia, realizando estudios de proporción hombre-objeto.

Construcción de modelos de estudio escala 1:3 calibrables que permitan generar un entendimiento de las piezas por separado:

1. Hidroalas, traseras y delanteras
2. Eje libre
3. Seguidor de superficies

Construcción de prototipos de estudio para una comprensión corporal en relación a las dimensiones de postura, de resistencia de materiales y de aprendizaje en el agua

FUNDAMENTOS

Técnico

Principio de las hidroalas: las partículas de un fluido que se mueven por la parte superior del hidroala (extrados) deberán recorrer una distancia más larga debido a su curvatura, desarrollando una velocidad mayor para lograr reencontrarse con las que se mueven por debajo (intrados). Esa diferencia de velocidad provoca que por encima del plano hidrodinámico se origine un área de baja presión, mientras que por debajo aparecerá un área de alta presión. Como resultado la baja presión lo succiona hacia arriba, creando una fuerza de sustentación.
Ángulos de ataque: Se denomina ángulo de ataque al  que forma la cuerda geométrica de un perfil alar con la velocidad del aire incidente.

Capa limite: El fluido al hacer contacto con la superficie, se detiene completamente; no hay velocidad o movimiento en la superficie. Una nueva capa de fluido se forma encima del flujo que está detenido en la superficie. En esta nueva capa hay menos fricción, y por lo tanto, el flujo logra cierto movimiento formando nuevas capas, cada una con menos fricción, hasta que a una cierta distancia de la superficie original, ya no hay ningún efecto del flujo retardado por la fricción, y el resto de las capas de fluido viajan a la velocidad original.

Teórico

Nuestra escuela se ha planteado la épica de fundar el mar patagónico, dando cabida al proyecto del maritorio; cuya finalidad es transformar el territorio marítimo en territorio fundado, habitable, arraigable, suministrándole al hombre la capacidad de ampliar sus posibilidades de ocupar el agua y enraizarlo en la tierra-mar.

Incorporación de herramientas metodológicas  estudiadas como lo son el método de la espiral de diseño, los requerimientos de alto nivel, las líneas diacrónicas y diacríticas, las teorías hidrodinámicas y de estabilidad.

Creativo

El aquaskipper en tierra, al no tener el desenvolvimiento que aparece en la cualidad del agua, necesita desaparecer, romper su geometría transformándose en un objeto que el hombre pueda portar, contrariamente a lo que pasa en el agua, donde es el aquaskipper quien porta al hombre.

HIPÓTESIS

Mediante estudios de proporción en fotografías y videos, traducir la información en un prototipo primero que permita probar el artefacto a escala real y de esta forma poder corroborar sus dimensiones e inicio al funcionamiento.   
Lograr un prototipo, mediante pruebas de arrastre en modelos para analizar separadamente las partes constitutivas de:
Sustentación: aplicando mecanismos de calibración en sus variables y flotadores auxiliares

Impulsión: aplicando igualmente calibraciones sin flotadores auxiliares

METODOLOGÍA

1. Dibujo de planimetría mediante estudios de proporción sobre fotografías del aquaskipper. En esta etapa de la investigación, se tiene una única medida publicada, que es la dimensión longitudinal del hidroala trasera correspondiente a 244cm, por lo que se busca una fotografía frontal y así obtener la longitud vertical, para luego escalar esta ultima medida en una fotografía lateral y obtener las dimensiones en su totalidad.
2. Aplicación del método de la espiral de diseño, requerimientos de alto nivel (RAN).
3. Utilización de líneas diacrónicas y diacríticas para el registro completo de la metodología utilizada
4. Construcción de prototipos para; la verificación de la geometría, la resistencia de materiales utilizados y a modo de poder interactuar directamente con el objeto en el agua.
5. Construcción de modelos escala 1:3 calibrable para el estudio y verificación de las partes en; el ángulo de ataque de las hidroalas y del seguidor de superficie, diferentes grados de boyantes para el seguidor de superficie, y extensión de la viga 3. Este modelo fue sometido a un sistema de arrastre en el estero de Ritoque, piscina de la UFTSM, estadio español y laguna sausalito, siempre en condiciones de aguas calmas sin efectos del viento.
6. Demostración hidrodinámica de funcionamiento en velocidad, aplicando el número de Reynolds, estudiado en teoría náutica 2
7. Construcción de un prototipo de aprendizaje, donde se extrapolan todos los datos obtenidos en el estudio de modelos y prototipos anteriores, añadiendo la condición de poder calibrar las partes fundamentales, como lo son los ángulos de ataque de las hidroalas y el seguidor de superficie.

RESULTADOS

1. El estudio geométrico del objeto en su totalidad arroja las dimensiones y ángulos de la estructura que se corroboran en los prototipos construidos.
2. Los modelos construidos muestran un buen el funcionamiento de las hidroalas, seguidor de superficie, eje libre y geometría en las pruebas de arrastre.
3. Luego de una aseveración del funcionamiento del modelo se realiza un estudio teórico, para luego analizar el comportamiento de este, dando como resultado un acierto de lo descrito en la teoría y luego en la práctica.
4. La extrapolación de los datos obtenidos en el modelo hacia el prototipo tanto geométricos, como de configuración del ángulo de ataque de las hidroalas, es efectivo, ya que en el último periodo de pruebas la sustentación es positiva ayudado de un arrastre inicial con cuerdas para luego continuar por si solo, logrando volar un tramo de 30 metros.

CONCLUSIONES

El funcionamiento de la metodología propuesta proporciona resultados verificables para el estudio realizado, arrojando efectos positivos en el funcionamiento de la embarcación.
Lograr maniobrar el prototipo requiere de un entrenamiento, ya que es fundamental la coordinación del movimiento que se ejerce sobre la estructura, y es necesario encontrar la postura correcta para lograr una distribución de pesos adecuada.
La incorporación de parámetros de diseño sobre la estructura que permitan innovar sobre la embarcación misma, modificando los mecanismos de restitución de energía, las posturas y geometría, ya que se puede trabajar sobre el mismo principio de hidroalas a propulsión humana manteniendo la teoría.

El motor del hidrocanguro es su perfil horizontal trasero, que se comporta como una cola de ballena, ayudado por el mecanismo de restitución y el ritmo del cuerpo que provocan un movimiento de empuje.