Diseño y modelado con Catia V5R19 de una tabla de surf autopropulsada con un motor hidrojet

Abstract

En este trabajo se ha diseñado un prototipo de una tabla de surf autopropulsada. Este es un producto que cubre nuevas necesidades de los amantes de los deportes de acción, en un mundo del surf en constante crecimiento. Los primeros prototipos datan de los años 40, actualmente existen multitud de ellos fabricados con materiales compuestos y con tecnología de propulsión bastante avanzada lo que los hace un producto de gran valor añadido. El trabajo está dividido en las siguientes partes: Diseño y modelado 3D, realizado con Catia V5R19. Esté programa permitirá la visualización de la evolución de la geometría de la tabla. Un buen diseño implicará una mejora del comportamiento hidrodinámico así como una reducción de peso. Además también permite el cálculo de superficies, volúmenes y pesos de forma exacta. El estudio hidrodinámico se realizó con el programa de elementos finitos Ansys Fluent, este estudio es fundamental para estudiar el comportamiento de la tabla ante una corriente de agua. Se realizarán multitud de simulaciones para cacular velocidades y presiones del flujo, así como las fuerzas ejercidas sobre la tabla. Después está el diseño del sistema de propulsión, íntimamente relacionado con el estudio hidrodinámico, y que se ha estudiado con las ecuaciones básicas de sistemas de propulsión y mecánica de fluidos. Se utilizará un sistema de propulsión conocido como hidrojet, pero para diseñarlo correctamente es necesario realizar un correcto estudio de la velocidad y la presión del agua alrededor de la tabla. En último lugar está el diseño y dimensionado del sistema eléctrico, es fundamental, ya que como se verá la batería conforma más del peso total de la tabla. Es importante recalcar que todas las partes están interconectadas unas con otras, por ello es crucial evaluar cómo afectan los cambios en una sobre las demás. Antes del proceso de diseño se realizará un dimensionamiento preliminar, este es necesario ya que a priori no se conocen los órdenes de magnitud de parámetros como el peso, la sustentación o la potencia del motor, entre otros.

This work has the objective to design a prototype of a self-propelled surfboard. This is a product that meets the new needs of lovers of action sports, in a world of surfing that is constantly growing. The first prototypes date back to the 1940s,nowadays there are currently many of them made of composite materials and with quite advanced propulsion technology, which makes them a product of great added value. The work is divided into the following parts: Design and 3D modeling, made with Catia V5R19. This program will allow the visualization of the evolution of the geometry of the surfboard. A good design will improve the hydrodynamic behavior as well as a reduction in weight. In addition, it also allows the calculation of surfaces, volumes and weights exactly. The hydrodynamic study was carried out with Ansys Fluent, wich is a finite element simulation program. This part is essential to study the behavior of the board in the face of a water current. A multitude of simulations made to calculate flow velocities and pressures, as well as the forces exerted on the surfboard. Then there is the design of the propulsion system, closely related to the hydrodynamic study, and which has been studied with the basic equations of propulsion systems and fluid mechanics. The propeller that will be used is an hidrojet motor, but to design it correctly it is necessary to carry out a correct study of the speed and pressure of the water around the board. Lastly is the design of the electrical system, it is fundamental, since the battery makes up more of the total weight of the table. It is important to emphasize that all the parts are interconnected with each other, so it is crucial to evaluate how changes in one affect the others. Before the design process, a preliminary design will be done, this is necessary since the orders of magnitude of parameters such as weight, lift or engine power, among others, are not known at first place.