Antes que nada se presentan imagenes iniciales de la bicicleta a utilizar sin el aparato.
El modelo de nuestro aparato se ve en la siguiente imagen:
Esta parte se dividirá en:
Para la implementación del aparato aerodinamico, hubo una serie de tareas a realizar.
- Investigación de cómo trabajar con el plumavit de alta densidad, cortarlo, con alambre caliente, utilización de lijas para un moldeo perfecto, y la posibilidad de que el polvillo que se libera es tóxico, por ende se recomendótrabajar con mascarillas.
Fue una tarea que todo el grupo investigó, se utilizaron 2 horas 30 minutos aprox. por cada integrante.
- Investigación de como debía ser el aparato que enfrentara al viento, acorde al modelo seleccionado, que fue una máscara para la parte de adelante que "corte el viento".
Esto fue realizado por Andrés Pucheu, tomo aproximadamente 4 horas.
- Toma de medidas sin el aparato, medición de la fuerza de arrastre para el conjunto bicicleta-ciclista sin el aparato aerodinámico.
Fue realizado por Carlos Malvoa y Felipe Morales, el tiempo utilizado fue una tarde aproximadamente.
- Realización de un modelo gráfico del aparato, para publicar en blog y powerpoint, acorde a lo poedido en el curso.
Esto fue realizado por Felipe Morales, y tomo 2 horas aprox.
- Modelar la curva obtenida en el plumalvit, esto consistio en 2 partes. Primero se corto por la mitad el plumavit y se pegó para dejar un cubo de 50*50*60. Una segunda parte que consistió en dar forma a este cubo, en una "punta" para enfrentar el aire.
Esto fue realizado por Alejandro Gantz.
- Montaje del aparato en la bicicleta, esto se hizo pensando en dos objetivos fundamentales, primero que el aparatoq uede firme, no se tambalee, para ningún lado y que sea fácil de instalar y sacar.
- Toma de medidas de la fuerza de arrastre al conjunto bicicleta-ciclista, pero utilizando ahora el aparato aerodinámico.
Esto fue realizado por Alejandro Gantz, Andrés Pucheu y Carlos Malvoa, tomó 3 horas aprox..
- Últimos retoques al aparato aerodinámico, pintura, más que nada para lograr un efecto agradable a la vista. Esto fue realizado por todo el grupo y tomó 2 horas aprox.
- Presentación a Profesor Bonifacio Fernández y Ayudante Verónica Gónzalez.
Costos:
La idea de este proyecto es realizar, construir el aparato de mejora aerodinamica para la bicicleta con el menor costo posible, donde debemos distinguir, en 2 costos distintos, el del plumavit de alta densidad, costo que fue asumido por el DIHA, para nosotros los costos fueron:
- Lija gruesa y fina para modelar la curva que enfrenta al fluido (aire). $288
- Mascarillas para trabajar con el plumavit. $100
- Pintura. $0
- Masilla de moldeo. $0
- Abrazaderas $1.000
- Madera de apollo $500
- Palos cilindricos como soporte $500
-Alambre $0
Evaluación de Desempeño:Para evaluar el desempeño se han tomado medidas de la fuerza de arrastre del conjunto Bicicleta-Ciclista sin el aparato a implementar y posteriormente con el aparato, los resultados son los siguientes.
Calcularemos la Fuerza de arrastre a partir de la Fuerza de Roce de la bicicleta y el peso al bajar por una pendiente.
Experiencia 1: “Calculo de la Fuerza de Roce”
Para calcular la fuerza de roce le damos un impulso inicial a la bicicleta dejando que agarre velocidad al caer por una pendiente, luego calculamos el tiempo que demora en detenerse con el sujeto de prueba encima, por una superficie horizontal.
El piloto pesa 70 [Kg] y se tira desde una rampa de altura 12,7[cms] (en la altura del asiento) y 7,3 [cms] (en el eje de la rueda delantera), el centro de gravedad pasa por el travesaño que sujeta el asiento (aproximadamente), hipotenusa 80,4 [cms]. Avanzando hasta detenerse por completo. Lo recogido fue el tiempo que tarda en detenerse.
El tiempo que tardo la bicicleta en detenerse fue, en 6 mediciones:
| Iteración | Tiempos [s] | Tiempo en llegar a h=0 [s] |
| 1 | 16,24 |
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| 2 | 13,15 |
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| 3 | 15,95 |
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| 4 | 15,07 |
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| 5 | 15,23 | 0,66 |
| 6 | 17 | 0,91 |
| Promedio | 15,44 |
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Eliminando las 2 peores mediciones nos queda:
| Iteración | Tiempos [s] | Tiempo en llegar a h=0 [s] |
| 1 | 16,24 |
|
| 3 | 15,95 |
|
| 4 | 15,07 |
|
| 5 | 15,23 | 0,66 |
| Promedio | 15,6225 |
|
Calculamos la Fuerza de Roce:
Fr = m a
a = (vf – vi)/t
vf = 0
La velocidad inicial la calculamos con le energía mecánica:
E potencial inicial = E cinética final
mgh = (mv^2)/2
v = raiz(2 gh)
| Velocidad [m/s] | 1,16713324 |
| Aceleracion [m/s^2] | 0,074708481 |
| Froce [N] | 5,22959365 |
Luego la fuerza de roce es igual: Fr = 5,23 [N]
Experiencia 2: “Calculo de la velocidad de bajada y pendiente”
Para calcular la velocidad y la pendiente lanzarmos al piloto por una pendiente inclinada de largo 61.38 mts.
Los tiempos de bajada registrados son:
| Repetición | Tiempo [s] |
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| 1 | 12,73 |
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| 2 | 13,33 |
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| 3 | 13,56 |
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| 4 | 13,23 |
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| 5 | 13,12 |
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| Promedio | 13,194 |
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Sin incluir los resultados mejor y peor, nos queda que:
| Repetición | Tiempo [s] | Distancia Recorrida [m] | Velocidad [m/s] |
| 2 | 13,33 | 61,38 | 4,604651163 |
| 4 | 13,23 | 61,38 | 4,639455782 |
| 5 | 13,12 | 61,38 | 4,678353659 |
| Promedio | 13,2266667 | 61,38 | 4,640820201 |
Donde tenemos que la velocidad promedio es:
V = 4,64 [m/s]
Medimos la diferencia de altura en 8 puntos distintos del trayecto para calcular el ángulo de inclinación promedio:
|
| Tabla de medición [m] | 2,41 |
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| Alturas | Altura [m] | Ángulo radianes | Ángulo grados |
| H1 | 0,234 | 0,096792027 | 5,54577463 |
| H2 | 0,276 | 0,114026051 | 6,53321149 |
| H3 | 0,22 | 0,091033999 | 5,21586392 |
| H4 | 0,219 | 0,090622475 | 5,19228533 |
| H5 | 0,22 | 0,091033999 | 5,21586392 |
| H6 | 0,238 | 0,098436013 | 5,63996809 |
| H7 | 0,245 | 0,101311699 | 5,80473276 |
| H8 | 0,234 | 0,096792027 | 5,54577463 |
| Promedio | 0,23575 | 0,097506036 | 5,58668434 |
La pendiente promedio de bajada es:
Pendiente = 5,58 grados.
Experiencia 3: “Calculo de la superficie de arrastre”
Calculamos el área de arrastre mediante el análisis del área ocupada por el cuerpo a partir de un conjunto de fotos. Se tomó una foto al piloto, se trabajó la foto de manera de obtener la superficie de la cara que enfrenta el flujo de aire.
Se clasificó el área en zonas rígidas, centrales y bordes. Las zonas centrales fueron cubiertas por cuadrados verdes y los bordes por cuadrados naranjos.
La diferencia entre ellos es que la parte verde está respaldada por cuerpo y la parte naranja incluye pliegues de ropa, pelo y otras superficies que podrían ceder ante el viento y así disminuir el área.
Se contó que un 76,7% está en cuadrados verdes, mientras un 18,8% está en cuadrados naranjos, las areas restantes corresponden a contornos muy finos y se pueden considerar como una superficie flexible pues corresponde a ropa o pelo.
Una vez hecho el recuento hemos calculado en 0,47212618 m2 el área que enfrenta el aire directamente.
A = 0,47212618 [m2]
Experiencia 4: “Calculo de la Fuerza de arrastre y Coeficiente de roce aerodinámico”
Con la fuerza de roce calculada, obtenemos que la relación de la fuerza de arrastre que es:
Fa = P sen(alfa) – F roce
Sabemos además que la Fuerza de arrastre es igual a:
F arrastre = rho C roce dinámico (A /2) (V fluido)^2
Luego:
C roce dinámico =2 (F arrastre)/( rho A vfluido^2 )
densidad aire = rho = 1,225 kg/m^3
Reemplazando los datos nos queda que
C roce dinámica = 2 * 532,14 [kg m / s^2]/ ( 1225 [kg/m^3] * 0,47212618 [m^2] * (4,64^2)[m^2/s^2])
= 1064,28 / 12451,57
C roce dinámica = 0,08
Mediciones de la fuerza de arrastre con el aparato a implementar.
| Repetición | Tiempo [s] | Distancia Recorrida [m] | Velocidad [m/s] |
| 1 | 11,68 | 61,38 | 5,25513699 |
| 2 | 10,93 | 61,38 | 5,61573651 |
| 3 | 11,3 | | |
| 4 | 11,12 | 61,38 | 5,51978417 |
| Promedio | 11,2575 | 61,38 | 5,46355255 |
lLuego de realizadas las pruebas con el prototipo los resultados fueron los siguientes:
–Vfluido = 5,56 [m/s]
–F_arrastre = 532,14 [N]
–Rho = 1225 [kg/m^3]
lCon lo cual que el coeficiente de roce aerodinámico queda:
–C_roce_dinámico =2 * (F_arrastre)/( rho * A * vfluido^2 )
–C_roce_dinámico = 0,06
–Lo cual nos reporta una mejora de: 14%
Algunas consideraciones importantes:
Hasta el momento lo que hemos calculado aqui son constantes para distintas velocidades que obtuvimos en nuestras mediciones para la fuerza de arrastre, pero a lo que se quiere llegar es a un función general de cómo cambia la fuerza de arrastre con la velocidad, y cómo se ve esto afectado mediante la implementación de nuestro aparato aerodinámico.
Donde sabemos que en una pendiente:
F
t=mgsin(alpha)FD=CD*ADV*V/2 De donde podemos concluir que la fuerza de arrastre crece en forma parabolica con respecto a la velocidad. Según se muestra en el siguiente gráfico.
Conclusiones:La idea es obtener conclusiones objetivas de nuestro trabajo, esto es difícil, ya que cuando uno dedica tiempo y preocupación en lograr algo que sirve realizado con tus propias manos, esto es algo difícil. Aun así algunas conclusiones son:
- El producto obtenido es artesanal (realizado con nuestras propias manos), por ende puede que no se ajuste completamente al modelo matemático planteado.
- Creemos que nuestro aparato es un aporte importante en el estudio del efecto del aire sobre un ciclista.
- Nuestra opinión como grupo es que el trabajo está bien, cumple con el objetivo de disminuir la fuerza de arrastre. Sin embargo uno nunca queda conforme y siempre se pueden hacer mejoras. Entre ellas utilizar mas plumavit para poder poner por detras también y disminuir el fenomeno de separación. Otra mejora a nuestro trabajo es utilizar mejor tecnología en la fijación del aparato, poder acondicionar una bicicleta especialmente para su utilización.
Hay que destacar que como grupo estamos contentos con lo que logramos independiente de todas las críticas que se nos pueden hacer.
Como este espacio es de conclusiones y opiniones, queriamos dar nuestra opinión sobre el blog, el cual no da muchas opciones para el uso de tablas y nomenclatura acorde al ramo, como letras griegas y ese tipo de cosas, esta deberia ser una mejora como proyecto en general.
