Construye Tu Cohete de Agua!


La cohetería hidráulica se refiere a la experimentación en la construcción de aparatos capaces de elevarse del suelo a partir de la aplicación de los principios físicos.

La cohetería de agua, es una forma sencilla y de bajo costo para reafirmar conocimientos en las áreas de matemáticas y física, además de servir como herramienta para despertar el interés de los más jóvenes por la tecnología espacial.

Los cohetes modernos lanzados al espacio tienen mucho en común con los cohetes hidráulicos experimentales, de hecho su funcionamiento se basa en las mismas leyes físicas, por lo que el podremos experimentar la misma emoción que un ingeniero espacial.

Un cohete de agua es un artefacto construido a partir de al menos una botella de plástico PET, al cual se le deben adicionar ciertos elementos que mejoren sus características aerodinámicas para poder volar a cierta altura y hacerlo de forma estable.

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El cohete de agua más sencillo se compone de una botella para refresco que puede ser de 2, 2.5 o 3 litros; es indispensable aclarar que se requiere que sean botellas de refresco, ya que las botellas para agua no están diseñadas para soportar las mismas presiones.

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Además de la botella, tenemos que considerar unos elementos de estabilización, para lo que utilizamos un juego de 3 o 4 aletas que servirán para hacer estable el vuelo. Por otro lado, la base de nuestra botella es siempre del mismo diámetro que el cuerpo, lo que implica que el aire “golpea” un área grande de la “cabeza” de nuestro cohete, por lo que debemos entonces idear una manera de disminuir la fricción en ese punto a partir de colocar una “nariz” que permita minimizar esta fricción.

Otra parte importante en la cohetería hidráulica, es el medio lanzador del cohete, ya que se requiere de una base capaz de soportar la presión del aire y agua contenida en el cohete, a la vez que sirve para suministrar el aire a presión. Una vez alcanzada la presión requerida, el lanzador deberá liberar el cohete para que – si todo sale bien -, se eleve al cielo.

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02 Botellas PET de 2 o 2.5 litros, cilíndricas (que no tengan curvas), limpias, sin etiquetas y secas, pueden ser de diferente tamaño o forma, como en la imagen:

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01 Cubierta de plástico (de las utilizadas como pasta de engargolado tamaño carta).

pasta_engargolado

01 Folder de costilla.

folder_costilla

01 Barra de plastilina para modelar.

plastilina

01 Bolsa de plástico cuadrada o rectangular (bolsa para basura).

bolsa_basura

01 Cinta de aislar económica.

cinta_aislar

01 Carrete de hilo para reventón, de polipropileno para albañil.

hilo_reventon

01 Esfera de unicel de 4 cm. De diámetro.

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01 Mini cámara USB con memoria MicroSD.

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Y con esto construiremos nuestro cohete experimental de observación de la tierra!

cohete_cam

La configuración básica de un cohete hidráulico, es como se muestra a continuación, observa bien la figura:

cohete_config

En este punto es importante aclarar que nuestro modelo de cohete hidráulico sugiere algunas modificaciones, debido a que necesitamos un medio que permita la recuperación del cohete sin que sufra daños, esto quiere decir que incluiremos un paracaídas!.

Las herramientas a utilizar son pocas, pero toma nota de ellas para que las tengas a mano antes de iniciar la construcción:

01 Tijeras para papel.
01 Cúter.
01 Marcador permanente.
01 Perforadora para papel sencilla.
01 Regla de plástico 30 cm.
01 Escuadra de plástico.

Ahora iniciemos por fabricar los elementos que le darán estabilidad a nuestro cohete y mantendrán la punta del mismo siempre mirando hacia adelante: las aletas y el faldón.

aletas_faldon

Para ello, recorta un rectángulo de 10×20 cm., de la cubierta de plástico y marca las cuatro aletas con las siguientes dimensiones:

aletas
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Posteriormente recorta las cuatro aletas con ayuda de las tijeras:

DSC03559

Corta en cuatro partes iguales la pestaña de 1 cm de cada una de las aletas:

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Dobla las cuatro partes de la pestaña de 1 cm., de tal forma que queden dobladas a 90°.

DSC03562

Las aletas deben quedar como se muestra en la siguiente imagen, toma nota del hecho que de la pestaña de 1 cm. Se doblan dos partes hacia la izquierda y dos a la derecha:

aletas_0

A continuación, vamos a preparar el faldón del cohete, para ello utilizaremos el folder de costilla, envolviendo la botella por el lado del pico, y realizando la marca siguiente:

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A partir de la marca que hicimos y con ayuda de la escuadra, trazaremos una pestaña de 2 cm., posteriormente recortamos y tendremos un rectángulo de 15 cm. De ancho; el largo está determinado por la circunferencia de tu botella.

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Ahora realiza las siguientes marcas en este rectángulo:

faldon_cortes

De acuerdo con las marcas realizadas, corta con tijera sobre las cuatro líneas, a 10.5 cm. De altura.

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Estos cortes servirán para colocar las aletas en el faldón, pégalas con cinta aislante, procurando que queden rectas.

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Lo siguiente es colocar el faldón en su lugar y fijarlo con la cinta aislante.

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Es necesario que la cinta pegue tanto en el faldón como en la botella para que se integren mecánicamente, además de cerrar la pestaña que dejamos de 2 cm.; con solo dos vueltas completas de cinta aislante sobre la botella será suficiente.

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Nuestro cohete está casi listo, sin embargo hay que realizar la siguiente prueba, consistente en amarrarle un hilo y sostenerlo colgado buscando balancear el peso, como se muestra en la imagen:

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El resultado de esta prueba indicaría que el centro de masa de nuestro cohete está muy lejos de la punta, lo cual lo volvería inestable a la hora del vuelo; para solucionarlo, corta una cuarta parte de la barra de plastilina y moldéala como si fuera una pequeña tortilla, colócala en la punta del cohete de forma uniforme:

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Vuelve a realizar la prueba y si todo está bien, el centro de masa estará ahora cercano a la punta del cohete.

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Ahora vamos a trabajar sobre la segunda botella, corta el pico de la misma, ya que nos servirá como nariz, reduciendo la fricción del aire durante el vuelo.

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Coloca dentro del pico la esfera de unicel y marca su circunferencia en el plástico para que lo cortes con apoyo de la tijera.

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Ya cortado el pico, realiza una pequeña perforación para pasar por ahí un hilo de unos 30 cm., haz un nudo y pégalo con cinta para que no se vaya a salir por el hueco.

Corta por la mitad la pequeña esfera de unicel y pégala con pegamento blanco.

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Mientras seca el pegamento, regresemos a nuestro cohete, vamos a cubrir con cinta de aislar la plastilina que colocamos como lastre en la punta.

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¡Bien hecho!, ya casi hemos terminado; trabajemos ahora en el sistema de recuperación de nuestro cohete, el paracaídas.

Empecemos con la bolsa de plástico para basura, la mía mide 50×60 cm., con lo cual será suficiente para hacer un paracaídas plano octagonal. Sigue el proceso:

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Ahora necesitamos reforzar con cinta de aislar los vértices de nuestro octágono, para ello utiliza al menos 5 cm. De cinta de aislar y pégala por la mitad en cada vértice. Lo siguiente será utilizar la perforadora para hacer un pequeño hueco en la cinta, donde realizaremos el amarre de nuestros hilos.

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Enseguida corta 8 hilos de 1 metro de longitud cada uno, recuerda hacer un nudo en la punta para que no se deshile, y amárralos a cada una de las perforaciones.

Al terminar, haz dos nudos cerca de la punta, no permitas que se enreden los hilos o que alguno quede más largo que los demás.

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Ahora sí, regresemos a nuestro cohete y vamos a colocarle la nariz, tendrás que hacer un nudo en el extremo libre del hilo y sujetarlo al cohete por medio de la cinta de aislar, procura no apretar demasiado la botella con la cinta, ya que la presión del aire en su interior hace que se expanda un poco.

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Para el paracaídas vamos a hacerlo de forma similar, solamente que a este lo sujetaremos a la botella mediante un hilo, que al igual que la cinta de aislar, no debe estar muy ajustado.

Una vez amarrado, procedemos a cubrir el hilo con cinta aislante.

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El paracaídas lo vamos a colocar dentro de la nariz del cohete, una vez en el aire, la nariz se separará del cohete pero sin perderse, ya que por ello la sujetamos firmemente, en ese momento el paracaídas se desplegará permitiendo un vuelo más prolongado, suave y sin que se dañe el cohete al aterrizar.

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Por supuesto, al abandonar el cohete la base de lanzamiento, cualquier cosa puede suceder, ya que el vuelo correcto no solo depende del diseño, sino de muchos otros factores externos al mismo, como el viento, la presión y cantidad de agua suministrada, etc.

Esta es la emoción de poder ver operando un objeto más allá de nuestro alcance, donde nada podemos hacer para remediar la falla que se presente debido a que ya estará en el aire.

Claro que si seguimos estos pasos correctamente y revisamos siempre nuestro equipo antes de volarlo, ya tenemos asegurado el 80% de éxito.

Para lograrlo al 100%, te aconsejamos lo siguiente:

1.- Realiza el vuelo solo en lugares con amplio espacio y observa que no haya líneas conductoras de energía muy cerca del lugar.

2.- Observa que en el sitio no existan automóviles, personas o animales a quienes podría caer el cohete en caso de alguna falla con el sistema de recuperación.

3.- Utiliza solo bombas de aire con manómetro y las primeras pruebas realízalas a baja presión, 3 Kg/cm2 será suficiente para alcanzar al menos 20 metros de altura.

4.- Llena el cohete con solo el 30% de agua y el restante 70% de aire, de acuerdo al volumen de la botella.

5.- Antes de lanzar, verifica la dirección del viento para asegurarte que el cohete no caerá sobre algo. Si el viento es muy fuerte, es preferible esperar.

6.- En caso de que se accidente tu cohete, no te preocupes, siempre podrás recuperar el material con excepción de la botella. Es muy importante que ya no reutilices las botellas que presenten daños visibles como abolladuras o cortes.

7.- Por seguridad, nunca rebases la presión de 8 Kg/cm2 en el cohete.

8.- Invita a tus amigos y familiares a presenciar el lanzamiento, seguramente será muy emocionante para todos.

9.- La mini cámara la puedes fijar con cinta de aislar al cuerpo del cohete, arriba del centro geométrico, no se requiere de mucha cinta, con dos vueltas a la botella es más que suficiente.

10.- ¡Puedes intentar colocar tu teléfono celular para realizar la grabación!, en este caso considera aumentar la presión más allá de los 3 Kg/cm2 debido al peso del teléfono, pero sin rebasar los 8 Kg/cm2.

11.- En la medida de lo posible, utiliza lentes de protección, ya que el agua saliendo a presión del cohete golpea con fuerza el suelo, y debes proteger tus ojos de tierra o polvo.

Como podemos ver, es posible realizar vuelos experimentales de cohetes con seguridad y de manera divertida, esperamos que esta edición especial de “Hacia el Espacio” sea agradable para todos ustedes, y sobre todo esperamos que sirva para atraer a más niños y jóvenes hacia el espacio.

¡Comparte con nosotros las grabaciones del vuelo de tu cohete!

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vuelo_cohete1
vuelo_cohete0
vuelo_cohete2

Artículo publicado originalmente en la revista electrónica “Hacia el Espacio”, de la Agencia Espacial Mexicana.

Israel Téllez González
elprofe_tellez@hotmail.com
Traducido, adaptado y rediseñado a partir de:
JAXA. Water Rocket Educator’s Guide, Marzo, 2008.
Serco and National Physical Laboratory. Water Rockets, Guide to Build and understand. Junio, 2007.
Imágenes:
JAXA.
Serco.
NPL.
PROEXIA.

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