Fotos

Estas son algunas de las fotos del momento de la realización e implementación del modelo como prototipo en la bicicleta.
Para ver las fotos agrandadas, sólo pinchar en ellas; esto se puede hacer para con toda foto del blog.

Primera foto con nuestro prototipo terminado sobre la bicicleta

Prototipo de Plumavit montado sobre bicicleta
En la foto se aprecia desde un lado, mostrándose sus dos partes de apoyo:
arriba desde el manubrio y abjo desde el eje de la rueda

Prototipo sobre bicicleta de frente
Se aprecia una disminución del área frontal notable

Resumen Ejecutivo

Para tener mejor aerodinámica en una bicicleta se tiene que atacar el coeficiente de arrastre:
Fuerza de arrastre (Fd):
Tomando en consideración la cantidad de movimiento, podemos derivar la ecuación de la fuerza de arrastre, quedando ésta:
Fd = ρ * V^2 * Af * Cd
ρ: rho del aire (1000 kg/m^3)
Af: Área frontal del cuerpo (m2)
V: Velocidad del fluido
Cd: Coeficiente de arrastre à esto nos interesa achicar lo más posible
Cd = Cv * Ca
Cv: coeficiente de velocidades
Ca: coeficiente de contracción


Modelo

En un principio, se pensó poner el bloque sobre la persona, pero el viento llega de frente a la persona que maneja; además el hacer el diseño como una punta de avión, no nos alcanzaba con el plumavit que teníamos.

El diseño que decidimos realizar consta, físicamente, de:
–El bloque de plumavit dado por reglamento del proyecto
–Una punta especial de plumavit
–Una mica que será la ventana aerodinámica, para tener una visión perfecta de lo que se encuentra en frente.


Prototipo

El prototipo lo realizamos de acuerdo a lo aprendido en clases, especialmente con la idea de cómo se modelan los vehículos y su carrocería, tomando las consideraciones del caso, obviamente.

Se pulió el plumavit, para dejarlo como se quería para instalarlo. Se pusieron placas de aluminio con pernos a la bicicleta para fijarlo, tanto en el manubrio como en el eje delantero de la rueda.
Hay que comentar que en nuestro diseño final excluimos la punta de pelota que le íbamos a poner, por el hecho de que el modelo tal cual nos funcionaba muy bien, de todas maneras esta puede ser una mejora.



Conclusiones y Desempeño

La experiencia de realizar un proyecto con nuestras propias manos cumplió su objetivo, al 100%, ya que durante el semestre tuvimos que:
–Estudiar el problema de la aerodinámica en la bicicleta, y en otros medios de transporte.
–Analizamos su importancia con respecto a la aerodinámica que se le puede imprimir, gracias a conceptos de la mecánica de fluidos.

Terminamos realizando, a pulso, un modelo, diseño y prototipo a plumavit de lo que sería lo mejor para disminuir el problema del coeficiente de arrastre en una bicicleta promedio para, de esta manera, aumentar su velocidad.
Finalmente podemos decir que a pesar de no utilizar la mica, ni la punta extra, factores que hubiesen sido muy interesantes en cuanto a visibilidad y ante lo aerodinámico, el resultado final fue más que favorable (Cd=0,55934315).

6 IMPLEMENTACIÓN

6.1 Cronología

Inicialmente trabajamos de manera ordenada y sincronizada, ya que nos dividimos los puntos a cubrir, con lo que obtuvimos muy buenos resultados en la primera entrega y además pudimos plantear bien el problema a resolver.
No cambió mucho la historia cuando quisimos realizar el prototipo en sí y llevar nuestras ideas a la realidad.
El plumavit fue un problema, ya que nadie del grupo era muy perito en cortar pero con ayuda y mucho esfuerzo logramos dejar el plumavit como queríamos y así proceder a la instalación.
La instalación fue otra lluvia de ideas, en la cual no nos decidíamos nunca cual de ellas llevar a cabo. Finalmente seguimos las ideas del “maestro obrero” Maurice Thenoux que tuvo las ideas más acertadas para poder instalar el prototipo.

El diseño final lo realizamos de acuerdo a lo aprendido en clases, especialmente con la idea de cómo se modelan los vehículos y su carrocería, tomando las consideraciones del caso, obviamente. De esta manera generamos el modelo en un programa (Inventor) para hacer dibujos 3D, como se ve abajo.


Luego, esta idea la fuimos puliendo en el plumavit, con cierta ayuda extra y con la cual pudimos dejar listo el modelo tal como queríamos.
Para instalarlo, fuimos poniendo placas de aluminio con pernos a la bicicleta para fijarlo con la bicicleta, tanto en el manubrio como en el eje delantero de la rueda.
Hay que comentar que en nuestro diseño final excluimos la punta de pelota que le íbamos a poner, por el hecho de que el modelo tal cual nos funcionaba muy bien, de todas maneras esta puede ser una mejora (ver el punto 6.4).
Ya para el día 20 de junio estaremos listos para poder mostrar nuestro diseño y estará probado para pasar las pruebas que se le harán para comprobar su disminución con respecto al coeficiente de arrastre.


6.2 Costos

El plumavit fue proporcionado por el Departamento de Hidráulica, el cual diseñamos de manera de bajar el coeficiente de arrastre.
Para la instalación del prototipo en la bicicleta, utilizamos placas de aluminio para afirmar y encajar bien el diseño en la bicicleta de manera que fuera lo más firme para resistir las velocidades que le imprimiéramos andando en la bicicleta. En este ítem, incurrimos en gastos, los cuales son menores si se toma en cuenta el beneficio que proporcionan. En este ítem gastamos aproximadamente $10.000 pesos finalmente, de lo que creíamos que íbamos a gastar 8.000 por lo que está en nuestro presupuesto.


6.3 Evaluación de desempeño

Con estos resultados Claramente sin el prototipo instalado el coeficiente de arrastre es 1, debido a que no existe nada capaz de contra-restar la fuerza. Ahora bien, en vista de los resultados obtenidos el coeficiente de arrastre con el diseño de plumavit puesto en la bicicleta es de 0,55943315 con lo cual se reduce ostensiblemente y dentro del rango que teníamos pensado.

Así el desempeño de nuestro prototipo es ideal para poder vencer la fuerza de arrastre y por consiguiente se logran mayores velocidades para el ciclista. Además se comprueba que el diseño es muy bueno para casos de vientos fuertes en contra, debido a que las pruebas finales que le hicimos, fueron bajo un temporal fuerte de viento, e incluso lluvia.

Cálculo de Coeficiente de Arrastre
Mediante las experiencias hecha, pudimos calcular el coeficiente de arrastre
que tenemos con el prototipo puesto en la bicicleta
(Pinchar en la foto para agrandarla)

6.4 Conclusiones

Finalmente podemos decir que la experiencia de realizar un proyecto con nuestras propias manos cumplió su objetivo, al 100%. Durante el semestre tuvimos que estudiar el problema de la aerodinámica en la bicicleta, y en otros medios de transporte, analizamos su importancia con respecto a la aerodinámica que se le puede imprimir, gracias a conceptos de la mecánica de fluidos y terminamos realizando, a pulso, un modelo, diseño y prototipo a plumavit de lo que sería lo mejor para disminuir el problema del coeficiente de arrastre en una bicicleta promedio para, de esta manera, aumentar su velocidad.

Nos pudimos dar cuenta de que claramente lo que importa es el área proyectada, por lo que cualquier elemento que ayude a bajar el coeficiente de arrastre sin aumentar el área proyectada es útil; de esta manera se puede poner una punta o pico de pájaro para que el fluidos se encauce en este y tome la forma de nuestro prototipo para avanzar más uniformemente y no tenga problemas de turbulencia.
Es necesario que se logren hacer terminaciones acordes al prototipo que no tengan problemas en su firmeza. Además es necesario que quede realmente bien centrado, de manera que el ángulo de ataque con respecto al aire y el movimiento sea el correcto.

Fotografía final del prototipo
En la foto, su manera de enganche fácil y duradera

A pesar de que no ocupamos ni la mica, ni tampoco añadimos una punta extra con una pelota de plumavit; factores que hubiesen sido muy interesantes en cuanto a visibilidad y ante lo aerodinámico, pero que finalmente no afectaron en el resultado final, ya que obtuvimos resultados muy favorables (0,55934315).

5 ALTERNATIVA SELECCIONADA Y PLAN DE TRABAJO

5.1 Una descripción física del diseño previsto

El diseño que decidimos realizar, consta del bloque de plumavit dado por reglamento del proyecto, así como una punta especial, también de plumavit para utilizar el bloque de manera de maximizar su uso, y por último tiene una mica que será la ventana aerodinámica, ya que seguirá el mismo corte que tiene el bloque completo, para tener una visión perfecta de lo que se encuentra en frente.

En un principio, habíamos pensado en poner incluso el bloque sobre la persona, pero nos dimos cuenta que la mayoría del viento por el sólo movimiento viene desde de frente a la persona que maneja, por lo que esa idea se tachó rápidamente.
También habíamos pensado en hacer como una punta de avión, que fue la idea con la que nos quedamos y a la que le añadimos una mica para la visión, que era parte de la alternativa anterior.

Modelo del protodipo en Inventor

Especificaciones del prototipo de Inventor
Hay que considerar que para obtener estas medidas tomamos en cuenta
todo lo aprendido durante el semestre en el ramo de Mecánica de Fluidos.

5.2 Plan de trabajo final

Nos juntamos todo el grupo para tomar medidas claras y ciertas sobre el modelo que estábamos realizando.
No fuimos dando cuenta que las ideas que teníamos y que habíamos pensado en el Brainstorming no eran suficientes o bien no eran tan claras y precisas como deberían haber sido, por lo que nos pusimos rápidamente a sacar cuentas, con lápiz y papel en mano para no dejar nada al azar.

Estimamos conveniente que Maurice Thenoux hiciera el modelo en algún programa, tipo Inventor, para que éste se asimilara a los detalles que habíamos pulido ya de la primera entrega.
Felipe Clark se encargó de realizar los cálculos reales para los valores de velocidad y área que obtuvimos de la experimentación en terreno con la bicicleta, para luego entre todos definir la forma teórica que tendría el plumavit.
Pablo Gaete y Ignacio Matte se encargaron de hacer que el plumavit tuviera la forma deseada, con una fecha tope hasta el Martes 12 de Junio para poder probar nuestra diseño y tener los últimos datos con lo cuales obtendríamos el Coeficiente de Arrastre real con nuestro pedazo de plumavit cortado.

Nos dividimos también, la entrega del informe final, el Power Point correspondiente y el Blog en partes iguales para hacer equitativa la pega en este último tramo de clases, en el que estábamos tan llenos de trabajos y pruebas que definían nuestro semestre.

5.3 Estimación de costos

Dentro de nuestro diseño quisimos modelar el bloque de plumavit de manera que cubra al ciclista por encima y de frente, dejando una ventana cubierta con un material como mica para la visión. Este material es barato y su costo no influía tanto, como sí lo hacía su utilidad para poder tener una buena vista de lo que se tiene por delante.
Además, en una de nuestras reuniones quisimos integrar también una punta distinta al bloque de plumavit. Aunque también la pensamos de plumavit, quisimos que fuera una pelota que cortaríamos para darle mayor forma al diseño y aprovechar bien lo que se nos dio por reglamento, en cuanto se refiere a las dimensiones del bloque.

Creemos nos vamos a gastar cerca de $8.000 pesos, para poder comprar todo lo que sirva para unir el prototipo a la bicicleta. Costo cero, tendrá el cortar el prototipo ya que lo vamos a hacer, debido a nuestra inexperiencia, con un amigo de la familia de un miembro del grupo, Pablo Gaete.


5.4 Predicción del desempeño

Dado los cálculos realizados y las aproximaciones que debimos ir haciendo mientras íbamos avanzando en el estudio y conocimiento de los principios que gobiernan este tipo de actividades, pensamos en hacer que el bloque fuera lo más aerodinámicamente parecido a lo que es el fuselaje del avión, pensando principalmente en su trompa.
Este tipo de modelo tiene por concepto básico el flujo potencial por el cual se está moviendo el objeto, es decir por el fluido que queremos atravesar: en este caso, el aire. Por lo que, y considerando lo visto en clases, creemos que lo que más se asemeja es a una suma de flujos, tales como un flujo uniforme horizontal de velocidad constante, más la inclusión de una fuente real. Que es el mismo flujo potencial con el que se diseñan las carcazas de los autos, ya que en éste no existe fenómeno de separación, con lo cual le estamos dando caza a uno de los problemas que teníamos al inicio.

Visualizando el prototipo final

Analizando el problema y visualizando una posible solución, creemos que el coeficiente de arrastre que deberíamos obtener será de un valor menor a 1 y superior, creemos a 0,5; ya que esto sería un gran avance en cuanto a la aerodinámica de la bicicleta en cuestión.

Mediante algunos experimentos realizados obtuvimos resultados con los que podemos calcular el coeficiente de arrastre asociado a nuestra bicicleta, tanto sin el diseño puesto como con el diseño instalado. Los resultados son anotados y analizados en el punto 6.3.

4 ELABORACIÓN DE SOLUCIONES

Conceptos

En rasgos generales la idea es que el cuerpo del ciclista tenga el menor contacto frontal con el aire y a la vez que las masas de aire que son atravesadas por nuestro vehículo pasen formando la menor cantidad de turbulencias posible.

• De frente: Buscamos que nuestro prototipo tenga la menor área frontal posible, y con una forma ovalada para que corte el viento uniformemente en todas las direcciones

• De lado: Todo lo que sea prolongación de la parte frontal del dispositivo debe estar muy bien unido y tiene que tener una salida “suave” que ayude a que el viento fluya, es decir, que provocar el menor efecto succión posible.

Alternativas

Dada la forma que la bicicleta junto con el ciclista se enfrenta al viento proponemos los siguientes dispositivos para reducir la resistencia del aire:

1. Modelar el bloque de plumavit de manera que cubra al ciclista por encima y el frente y dejar una ventana cubierta con un material como mica para la visión. Este debe engancharse en la bicicleta por la parte fija frontal de la bicicleta de manera que no se mueva al doblar el manubrio.

2. Modelar el bloque de plumavit para que cubra la bicicleta y el cuerpo del ciclista por el frente (como la punta de un avión), esto junto con una adecuada posición del ciclista y un casco que ayude la aerodinámica. Este debe ir enganchado en el eje de la rueda delantera y en el manubrio de manera que este se mueva junto con la rueda a la vez.

Discusión y Análisis

Frente a estas dos alternativas y después de discutirlas como grupo llegamos a la conclusión que la segunda alternativa es más viable por las siguientes razones:

· Los posibles lugares donde poder fijar el primer dispositivo para que este siempre fijo en la línea de la bicicleta son pocos y pequeños, esto hace que soportar las presiones del viento en esos puntos sea muy complicado e inestable.

· Por otro lado si bien esta idea generaría una resistencia mucho menor a las masas de aire que pasan por encima, las que pasan por debajo serian muy difíciles de dirigir en la dirección deseada, de hecho estas tenderían a entrar en nuestro dispositivo y generarían un efecto “paracaídas”, frenando la bicicleta.

· El segundo dispositivo al estar sujeto en el eje de la rueda y al manubrio, seria mucho más estable y mucho más factible generar buenos sistemas de acoplamiento entre el sistema y la bicicleta.

· Pese a que es posible que con este se generen algunas turbulencias, estas no serán tan importantes considerando las velocidades que se pueden alcanzar en una bicicleta.

3 ORGANIZACIÓN Y FUNCIONAMIENTO DEL GRUPO DE TRABAJO

Para esta entrega nos dividimos de la siguiente manera:

• Definición del problema:

¿Cómo crear una bicicleta menos propensa al arrastre por causa del viento frontal y lateral? ¿Cómo hacerlo con sólo un pedazo de plumavit de ciertas dimensiones?: Thenoux, Gaete

• Búsqueda de información:

Averiguar por medio de libros de mecánica de fluidos e Internet acerca de las fuerzas que intervienen en esta bicicleta más aerodinámica y como poder llegar a nuestro objetivo:
La Aerodinámica de la Bicicleta: Clark
Las soluciones en otros vehículos: Matte, Clark

• Brainstorming:

Todos participamos de una lluvia de ideas donde obtuvimos algunos modelos interesantes y otros muy poco viables, por las restricciones son las dimensiones acotadas de la plumavit: Todos

• Análisis de soluciones:

Descarte de ideas vistas: Todos




Algunas fotos interesantes para tener en consideración acerca de la historia de la bicicleta:

En la Antiguedad

Prueba en túnel de Viento

Ultima Generación de Modelos Aerodinámicos

Cambios en cómo fluye aire debidos a posición de barra en bicicleta

Posición en Bicicleta con Carcaza Aerodinámica

2 IDENTIFICACIÓN DE METAS Y DIFICULTADES

Identificación de metas y dificultades

Nuestras mayores dificultades estarán en la manera de hacer más eficiente la bicicleta al instalarle este dispositivo de plumavit.

En una primera aproximación tenemos la idea de hacer como una gota con este pedazo de plumavit que parte desde abajo del manubrio de la bicicleta y que envuelva al ciclista hasta justo después de su cabeza. Uno de los inconvenientes es que se le quitaría toda la visibilidad peor estamos pensando en hacer un orificio justo en la parte de los ojo del ciclista y ponerle algún material que no aumente el roce.

Otra dificultad va a ser el lugar de las piernas del ciclista ya que también hacen menos eficiente el movimiento de la bicicleta, entonces debemos implementar de alguna forma la plumavit , de manera que además de disminuir el roce de el tronco hasta la cabeza del ciclista con el aire, también se disminuya el roce con las piernas.

Metas

Conseguir que la bicicleta gracias al dispositivo implementado sea lo mas aerodinámica posible.
Utilizar de la mejor manera la plumavit, optimizando los resultados.

Mediante una búsqueda de soluciones exhaustiva y pruebas cuantitativas en terreno podremos alcanzar nuestra meta. También es importante no salirse de las restricciones impuestas al diseño.