RESUMEN EJECUTIVO

El desarrollo del proyecto, implicó un arduo estudio del funcionamiento y lo que respecta al sistema aerodinámico de un móvil, en particular de la bicicleta, ya que el objetivo a lograr era el diseño de un dispositivo externo, liviano, económico y que no requiriese de la ayuda de terceros para su colocación y que su función fuese mejorar el coeficiente aerodinámico de una bicicleta. Para modificar el coeficiente de arrastre es necesario por una parte modificar la posición del ciclista, ya que éste es el que produce más resistencia en comparación a cualquier modificación que se le pudiese hacer directamente al móvil. Entonces como primera medida de reducción es lograr que el ciclista ande en la bicicleta con el cuerpo lo más paralelo al suelo y tratando de formar un ángulo de 90º entre sus piernas y el cuerpo. Por otra parte, es posible realizar reducciones por medio de la agregación de accesorios, estos deben ser tal que permitan un paso del aire menos turbulento, por esto lo realizado fue un escudo al frente del manubrio que tape las imperfecciones generadas por el ciclista y el manubrio mismo y un alerón en la cola de la bicicleta, que cumpla la misma función. También un tapa ruedas y un tapa marco, que cumpliría un función similar, esta sería que el aire pase recto y no por entre estos. Para esto se usó el material entregado por el departamento, que es un block de plumavit, con el que debíamos realizar el dispositivo. Logramos optimizarlo de la mejor manera, ya que está hecho casi completamente con este material y lo demás fue con materiales muy livianos y de bajo costo. También se logró la restricción de la facilidad de colocación, en que para todas estas no fuese necesaria la ayuda de un tercero. Finalmente los objetivos planteados inicialmente fueron alcanzados, ya que logramos con los métodos anteriormente planteados reducir el coeficiente aerodinámico con un dispositivo externo, el que fue comprobado mediante un experimento en el que debimos calcular velocidades, pendientes involucradas y todas las variables que afectan en este.

Al trabajar en equipo siempre se adquieren nuevos conocimientos, ya que cada persona realiza distintos aportes en toda actividad que se haga. Este trabajo nos permitió en particular conocernos, tolerarnos y compartir experiencias e ideas. La dinámica del grupo fue muy buena, ya que el trabajo fue continuo e integral, habiendo un gran interés por parte de todos para este proceso. Fue necesario entender que lo que cada uno hacía era aportar al grupo, con un mismo nivel de compromiso y con ideas concretas e innovadoras. Pudimos entender que el trabajo de cada uno de nosotros es tan importante como el de los demás, lo que permitió también organizarnos de muy buena manera y también de tener claridad en las debilidades que tenemos, recalcando más en particular problemas de tolerancia y también de aceptar las ideas de los demás. También fue posible comprender conceptos de la mecánica de fluidos, tales como fuerzas de arrastre y fenómeno de separación, aerodinámica, coeficiente de resistencia y gracias a este trabajo fue posible adquirir e integrar de mejor manera estos.

ENTREGA FINAL

“MEJORAMIENTO DEL COMPORTAMIENTO AERODINÁMICO

DE UNA BICICLETA”

Green Speedy

1.0 Definición del proyecto y proceso de diseño

El proyecto a desarrollarse, consiste en la creación de un elemento que mejore los aspectos aerodinámicos de una bicicleta, y que a la vez éste sea desmontable, estético, y de bajo costo. Por esto nuestro primer objetivo fue conocer a cabalidad el funcionamiento de un móvil, que en nuestro caso particular fue la bicicleta, y humildemente tratar de mejorar sus características aerodinámicas. También es que como futuros ingenieros seamos capaces de lograr formular un problema y a este darle una solución óptima en un plazo estipulado y de una manera racional y concreta.

Para poder comprender de manera correcta el comportamiento aerodinámico de una bicicleta, es necesario definir ciertos conceptos, para tener claridad cuando se haga uso de estos:

• Aerodinámica: Rama de la mecánica de fluidos que estudia las acciones que aparecen sobre los cuerpos sólidos cuando existe un movimiento relativo entre estos y el fluido que los baña, siendo este último un gas y no un líquido.
• Fuerza de arrastre: Fuerza paralela al flujo, a esta también es posible reconocerla como la resistencia al aire, que se genera por la interacción y contacto de un cuerpo rígido y un fluido. Tiene sentido positivo cuando la fuerza va en sentido del flujo, por lo que si un objeto va en contra a esta, debe vencer esta fuerza.
• Fenómeno de separación: Se genera cuando un flujo entra en contacto con un borde sólido y se hace escurrir bajo condiciones de gradientes de presión, donde luego la capa límite modifica su comportamiento. Luego, en la zona en que el fluido logra disminuir en forma apreciable la velocidad por la viscosidad, estando ahora la fuerza de inercia nula y cerca de la pared las fuerzas de presión predominarían (en dirección contraria al flujo principal, haciendo que las líneas de corriente se separen en forma decidida de la superficie del cuerpo.

Para la solución de los problemas aerodinámicos, se hace necesario un cálculo de variadas propiedades del fluido, tales como la velocidad, presión, masa específica y temperatura en función del tiempo y una posición en particular en estudio. Así con esto es posible tener un cálculo de las fuerzas y momentos involucrados como también las relaciones entre fuerzas sobre un cuerpo moviéndose en un fluido y las velocidades que lo involucran. Las fuerzas tienen un coeficiente asociado, este se denomina coeficiente aerodinámico.

El problema a solucionar tendrá en parte mucha relación con este coeficiente, ya que lo que buscaremos será disminuirlo. En una bicicleta tradicional, el coeficiente aerodinámico toma un valor de 0.9, entonces la idea es que éste tome el mínimo valor posible. Por medio de distintas opciones trataremos de encontrar la más adecuada.

Para calcular esta constante seguiremos una determinada metodología que será especificada más adelante en el informe.

Fue muy importante para la realización de nuestro trabajo, el estar enterados de cómo es el diseño actual de las bicicletas y entender el funcionamiento dinámico de éstas. También investigamos sobre cómo han influido las investigaciones a lo largo de los años para su funcionamiento tradicional, que hoy en día podemos apreciar.

Desde hace mucho tiempo se ha sabido de la importancia que tiene la postura del ciclista, ya que el ciclista produce entre un 65% a 80% de la resistencia total del aire. La posición agachada para las competencias y los manubrios bajos se han utilizado desde 1890. Pruebas en el túnel de viento, al igual que otros experimentos, han demostrado que la posición adecuada del cuerpo puede reducir la resistencia del aire hasta en un 31% con respecto a una posición vertical.

En la bicicleta el ciclista aplica una fuerza a los pedales que produce un movimiento de rotación de las palancas que, mediante el complejo plato-cadena-piñón, es transferido a la rueda trasera provocando el avance.

La fuerza que el ciclista aplica al pedal se puede descomponer en:

• Fuerza radial: esta componente en dirección de la palanca no produce trabajo (y por lo tanto potencia) debido a que su efecto es anulado por la caja pedalera.
  
• Fuerza tangencial: esta componente en dirección perpendicular a la palanca es la que produce trabajo (y por lo tanto potencia).

Los nuevos manubrios han permitido que los ciclistas logren obtener una posición aerodinámica óptima. Esta posición consiste en agachar la cabeza, manteniendo la espalda derecha. Aún así se puede pedalear eficientemente. En esta posición la resistencia del aire se reduce en un 25%.

Un casco también puede ayudar a disminuir la resistencia aerodinámica, aproximadamente un 2%. De hecho, los cascos aerodinámicos modernos hacen que la resistencia del aire sea menor, por lo tanto, el casco no sirve solo para proteger la cabeza, sino que puede ayudar hasta a ganar una carrera.

En cuanto a los marcos, en los `80 lo primero que se hizo fue usar tubos ovalados en vez de tubos redondos para aerodinamizar el marco, reduciendo la separación del flujo, ya que la corriente aérea, que se abre para dar paso a la bicicleta, se vuelve a juntar más pronto una vez que ha pasado el ciclista, reduciendo de esta manera la resistencia del aire. Gracias a los materiales modernos, algunos de sus tubos han sido eliminados para reducir la resistencia del aire. Generalmente, se elimina la barra transversal. En otras bicicletas se ha eliminado el tubo del asiento. Para disminuir la resistencia aerodinámica todavía más, los ciclistas olímpicos utilizan bicicletas que están hechas especialmente a la medida de su cuerpo.

La rueda genera mucha resistencia aerodinámica. Una rueda típica de bicicleta tiene 32 o 36 rayos. Conforme la rueda va rotando, el flujo de aire se separa y causa turbulencia, lo cual a su vez aumenta la resistencia del aire. Los rines aerodinámicos ayudan a que la resistencia disminuya. Las ruedas hechas de discos sólidos y las de tres rayos también reducen considerablemente la resistencia producida por las ruedas normales. Con los materiales livianos de hoy se ha logrado que este tipo de ruedas sean más útiles.

Nuestro diseño final fue elegido luego de variadas proposiciones, en que la decisión final fue tomada en base a cual de éstas se adaptaba mejor a las condiciones previamente estipuladas, y cual se acomodaba al mejor diseño de reducción de resistencias aerodinámicas. Para lograr esto será necesario seguir una metodología predeterminada y así lograr los plazos, ya que requiere de tiempo adecuado para la elección de diseño óptimo, compra de materiales, pruebas y otras consideraciones para esta realización.

2.0 Identificación de metas y dificultades

Una de las mayores dificultades se encontró al momento de la elección de cual pudiese ser la mejor idea a desarrollar, ya que luego de tener varias propuestas con las ventajas y desventajas de cada una de estas, era difícil hacer la medición del coeficiente aerodinámico sin tener aún realizada la construcción, incluso, sin saber si estos diseños nos iban a permitir mejorar las características, tomando en cuenta el modelo de una bicicleta actual, aunque ha sufrido muchos cambios a través de los últimos 100 años, tiene una apariencia todavía muy similar a la de la bicicleta original, y si ha habido cambios, estos han sido con elementos que modifican a la bicicleta misma, cosa que nosotros no podíamos hacer.

Otra dificultad fue la elección del material a usar, ya que tenía que ser algo fácil para darle forma, por la geometría compleja que le queríamos dar a algunas piezas.

Por último, costó ingeniárnoslas para hacer que el aparato fuera de implementación removible y también que fuera estético, ya que muchas veces se nos ocurrían cosas ridículas.

Los elementos necesarios para el desarrollo de nuestro proyecto de acuerdo a su nivel de complejidad con respecto al diseño y a la implementación podemos ordenarlos de la siguiente manera (de acuerdo al nivel de dificultad creciente):

1 Compra de materiales.

2 Investigación del funcionamiento de la bicicleta.

3 Investigación de diseños actuales.

4 Tormenta de ideas.

5 Testeo de resultados.

6 Diseño de alternativas.

7 Elección y diseño definitivo entre las propuestas.

8 Elección de materiales a utilizar.

9 Implementación del dispositivo en la bicicleta.

10 Cálculo de coeficientes.

11 Desarrollo del informe.

Por todo esto nuestras metas estaban bastante claras, pero con caminos difusos para su obtención, y luego de largas discusiones, nuestro desafío de la creación de un objeto removible que mejore los aspectos aerodinámicos de una bicicleta fue finalmente superado.

Las metas serían:

• Idear posibles soluciones para mejorar la aerodinámica de una bicicleta, que sea de implementación removible y estético.
• Elegir la solución óptima y factible de ser realizada por nosotros.
• Desarrollar el dispositivo y así cumplir el principal objetivo, nombrado en el primer punto.

3.0 Organización y funcionamiento del grupo de trabajo

Las actividades realizadas en el transcurso del proyecto fueron:

1. Reunión grupal para asignar lo que correspondió investigar a cada uno.
2. Reunión grupal para la “Tormenta de Ideas”. Aquí cada uno dio sus ideas para mejorar la aerodinámica de la bicicleta.
3. Realización del blog de grupo. Cabe destacar que durante el transcurso de la realización del proyecto, el blog fue permanentemente complementado a medida que fuimos encontrando nueva información y se nos iban ocurriendo ideas.
4. Reunión grupal para la elección y puesta en marcha de la construcción del dispositivo elegido. Aquí discutimos por última vez cual sería el elemento mejor y más viable a utilizar e inmediatamente fuimos a comprar los materiales para empezar a hacerlo.
5. Reunión grupal para testear el dispositivo construido y afinar los últimos detalles, como la estética.
6. Realización del informe final. Este empezó a ser escrito desde la elección del dispositivo definitivo hasta la prueba en la bicicleta, donde fueron medidos los coeficientes.

Como en toda actividad hay muchas cosas que se hacen en grupo como también otras que deben ser delegadas.

Dentro de las actividades desarrolladas en grupo podemos nombrar la lluvia de ideas a desarrollar, la discusión de las posibles soluciones, la elección de la mejor propuesta y el diseño de ésta y la creación material del dispositivo.

A continuación entregamos un resumen de las principales actividades que desarrolló cada integrante individualmente:

• Yasna Grayde: Encargada oficial del blog, coordinadora general, investigaciones del comportamiento aerodinámico, desarrollo del informe final.

• Andrés Luongo: Investigación de la medición de variables, diseños computacionales de las factibles soluciones, compra de materiales.

• Felipe Narbona: Presentación del Power Point, investigación de conceptos técnicos, tales como fuerza de arrastre y fenómeno de separación, compra de materiales.

• Eileen Spencer: Investigación de solución a problemas en otros vehículos, imágenes explicativas, desarrollo del informe final.

Una debilidad que tuvimos en el grupo, fue la diferencia de carácter entre algunos de nosotros, lo que muchas veces llevó a discusiones que no nos llevaron a ninguna parte. Por ejemplo, cuando empezamos a construir el dispositivo, hubo momentos en que tuvimos que dividir el trabajo entre la construcción y el informe, ya que no podíamos estar los cuatro pendientes de las dos cosas, y esto provocó sentimientos de “injusticia” en algunos integrantes. Con esto aprendimos a evitar este tipo de situaciones, siendo más tolerantes y flexibles en las posiciones sobre cómo hacer las cosas, ya que tenemos que entender que el trabajo de cada uno es fundamental en el grupo, y que no hay aspectos a realizar más importantes que otros.

Un punto destacable en nuestro grupo fue que ninguno de nosotros mostró desinterés hacia el proyecto, como suele suceder frecuentemente cuando se trata de trabajos en grupo. Esto se vio reflejado en que nunca nadie “esquivó” alguna reunión grupal y que todos estuvimos dispuestos a dejar de lado algunas actividades personales para responder con responsabilidad al grupo.

El buen plan organizativo del grupo es destacable, ya que fuimos capaces de lograr manejar bien los puntos fuertes de cada uno optimizando cada fortaleza de cada integrante para complementarlo con el desarrollo grupal, lo que permitió obtener resultados favorables.

También debemos ser sinceros y reconocer que la distribución del tiempo que asignamos para el desarrollo del trabajo no fue el óptimo, ya que apremiados por las circunstancias del entorno propio de la universidad nos vimos limitados fuertemente por el factor tiempo que se tornó muy escaso. Con esto aprendimos que para una futura entrega este sería un punto fundamental a mejorar, ya que siempre uno se puede organizar mejor y no dejar las cosas a última hora, aunque sabemos que es propio del estudiante el necesitar la presión para trabajar eficientemente.

Afortunadamente, creemos que la gran parte de estos obstáculos fueron superados, ya que con mucho esfuerzo logramos terminar el proyecto en los plazos estipulados y también organizarnos sin seguir chocando entre nosotros. Creemos que cada uno de nosotros tomó conciencia y se dio cuenta de que todos tenemos que poner de nuestra parte para que las cosas funcionen, o sea, no hubo la necesidad de tener una conversación seria sobre esto, si no que fue algo que ocurrió espontáneamente. Esto se demostró cuando, luego de una fuerte discusión, hubo un cambio general de actitud y fuimos todos más pacíficos y más abnegados - si se podría decir-, aceptando la misión que le tocó a cada uno y ayudándonos unos a otros.

Esta experiencia nos sirvió para que, una vez más, nos diéramos cuenta que trabajar en equipo es algo difícil, pero muchas veces, como ahora, es indispensable, ya que, dada la complejidad del proyecto, estuvimos obligados a entendernos y unir todas nuestras ganas y esfuerzos.

Por último, a raíz de lo que hemos aprendido acerca del trabajo en grupo, mostramos una lista de las actitudes que favorecieron nuestra organización y ambiente de trabajo:

1. Entender que el trabajo de cada uno es fundamental en el grupo. En una organización cada uno de los integrantes contribuye a los logros alcanzados.
2. Entender que los objetivos son del grupo y no individuales, por lo que hay que seguir cierta organización general para hacer las cosas.
3. Tener en cuenta que todos los integrantes de un grupo buscan nuevas formas de llegar a mejores resultados de una forma más efectiva, por lo que se debe tener una forma de trabajo que logre que todos tengan el mismo nivel de compromiso con el trabajo a realizar, y se aprovechen todos los cerebros que aportarán ideas para el beneficio del equipo completo.
4. Desde un comienzo, se debe dejar en claro cuáles son los resultados que se esperan del trabajo en grupo, es decir, cada uno de los integrantes debe entender cuales son las metas a cumplir, y cual es su papel en la obtención de éstas.
5. Los integrantes de un grupo deben apoyarse unos a otros y cada uno debe sentir que su tarea es su prioridad.
6. Cada uno de los miembros del grupo debe sentirse responsable y reconocido por los errores y logros del trabajo realizado en conjunto.

4.0 Elaboración de soluciones

Luego de tener más clara la información del comportamiento de la bicicleta y el ciclista, junto con las características que lo involucra, fue posible llevar a cabo una lluvia de ideas de propuestas de elementos que cumplan con los requerimientos anteriormente descritos, como también diversas propuestas de cálculo de los coeficientes y fuerzas necesarias para así comprobar la realidad del elemento y si efectivamente se logró lo deseado.

a) Propuestas de alternativas de elementos en sistema de medidas:

4.1.a) Medición de la fuerza de arrastre sobre la bicicleta y el ciclista

En una cuesta de pendiente constante sin pedalear, dejaremos que la bicicleta gane velocidad hasta que esta se estabilice. La velocidad la determinaremos con un velocímetro adecuado a la bicicleta. Cuando esta estabilización ocurra, la fuerza de rodadura se habrá igualado al peso multiplicado por el seno del ángulo (x) que forma la cuesta con la horizontal. Lo que haremos será igualar la siguiente ecuación para despejar el coeficiente aerodinámico:

La obtención de la fuerza de rodadura es posible obtenerla por medio de experimentos, pero como nuestro interés es si el coeficiente aerodinámico aumenta o disminuye, no será necesaria su obtención, pero si es importante destacar que distribuye linealmente a la velocidad y el resto de las variables que acompañan la ecuación se mantendrán constantes todo el tiempo y las diferencias de los coeficientes será la misma que si hubiéramos agregado la fuerza de rodadura. Esta será mucho menor en comparación a la fuerza de rodaduray con todo esto se obtendrá un grado de error que podría ser considerable, pero como el proyecto se basa en el mejoramiento del coeficiente aerodinámico o disminución de resistencia, de igual manera podremos obtener la variación del coeficiente al aplicar las opciones. Entonces la ecuación será:

4.2.a) Medición del coeficiente aerodinámico

Para la obtención de este valor, está completamente ligado con el cálculo previo de la fuerza de arrastre, ya que:

Y realizamos el reemplazo, resultando:

Entonces obtenemos el valor de Cx , ya que:

p: Masa específica del aire.

S: Superficie del ciclista + bicicleta.

v: Velocidad de la bicicleta.

m: masa del ciclista + bicicleta.

Y así comprobar si se logró el objetivo de la disminución del coeficiente aerodinámico.

b) Alternativas de propuestas de mejoras de la bicicleta:

4.1.b) Propuesta 1:

Este diseño consiste en tapar el marco y la rueda trasera de la bicicleta. La rueda genera mucha resistencia aerodinámica. Anteriormente fue explicado que la rueda con los rayos separa el flujo de aire, por lo que mientras más rayos hayan, más turbulencia se genera, aumentando la resistencia del aire, por lo que al taparla, disminuiríamos esta turbulencia. Con un material liviano como el plumavit se logra el efecto que buscamos en el marco, y con cartón piedra para la rueda. El marco lo tapamos por la misma razón que la rueda, porque de esta manera también evitamos las turbulencias que se producen y evitamos efectos transversales, ya que la resistencia del aire disminuye o aumenta dependiendo del viento de costado. El viento que viene de los lados puede causar la resistencia o sustentación.

4.2.b) Propuesta 2:

El diseño es similar al anterior, ya que sólo se le agrega un dispositivo que consiste en una especie de escudo aerodinámico. Este escudo permite uniformizar el paso del aire, ya que sin éste, cuando el aire se encuentra con el ciclista y el manubrio, debe atravesar variados obstáculos, como el cuello, cabeza, etc. Así, podemos reducir estos obstáculos y también disminuir la resistencia. Poniendo una punta delantera en la bicicleta, se evitan bajas de presiones detrás del fluido y ayuda a abrir las líneas de corriente del aire generando flujo laminar alrededor del ciclista y reduciendo la resistencia del aire de frente. Esta alternativa también es viable.

4.3.b) Propuesta 3:

A este diseño, le agregamos un accesorio en la parte trasera con el fin de dar continuidad al flujo de aire, para disminuir las fuerzas de arrastre que la bicicleta produce. Un dispositivo en la parte trasera de la bicicleta produce que el flujo sea laminar hasta el final del paso por el cuerpo. También disminuye las turbulencias en la parte posterior. Un problema se podría presentar es que, dependiendo del diseño que se haga, este podría actuar como un paracaídas, produciendo el efecto contrario al esperado.

4.4.b) Propuesta 4:

Este diseño consiste en una especie de submarino que el ciclista llevaría como mochila. Se tendría que hacer de un material rígido, porque en caso contrario se doblaría con facilidad. Creemos que el efecto de éste sería bastante aerodinámico ya que sería el que disminuiría más los “obstáculos” con los que se encuentra el aire. También el efecto de la punta se complementa con el del escudo delantero. También es viable.

5.0 Alternativa seleccionada y plan de trabajo

Cada una de las propuestas presentadas presenta ventajas y desventajas, en que nuestra decisión final para ver cual implementamos se basó:

• Propuesta 1: Este diseño no tiene mucha complejidad, y creemos que es bastante eficiente en cuanto al peso, al costo y a la funcionalidad de los accesorios. Es una alternativa viable que en general no presenta problemas, pero que tampoco presenta grandes beneficios.

• Propuesta 2: Su construcción es compleja, ya que los costos del proyecto aumentarían porque no sería posible su realización con plumavit, pero sí con un material como la mica. Su gran ventaja es que uniformiza el paso del aire y así disminuye su resistencia.

• Propuesta 3: Una desventaja que presenta es que el artefacto trasero es muy complicado de instalar y desinstalar con facilidad, por lo que aumenta la complejidad en la condición del propósito de que sea fácilmente removible. Su mayor ventaja es la misma que la de la propuesta anterior, ya que es muy parecido a ésta, y que podemos potenciarlo aún más gracias a este artefacto trasero.

• Propuesta 4: Su mayor ventaja es su implementación, fácil y removible, ya que el ciclista se lo pondría como mochila. Es viable, pero seguramente más pesado, ya que el material del submarino tiene que ser resistente. Los costos de su realización serían más altos que los demás, porque tendríamos que obtener el material adecuado que cumpla con las características buscadas.

5.1 Una descripción física del diseño previsto

La propuesta finalmente elegida es la 3, en que consideramos que este es el que disminuye más la resistencia aerodinámica.

En un principio nuestra solución la tratamos de plantear en un programa computacional llamado “Rinoceros”, que es un programa de diseño especializado par formas del estilo que nos pedían para este proyecto. Lamentablemente no es tan fácil de manejar y imponerle las restricciones específicas que nosotros queríamos para nuestro proyecto, pero lo ocupamos para llegar a una idea principal de lo que esperábamos de nuestra solución.

El problema de mejorar la aerodinámica de una bicicleta, en si es muy complejo si no tenemos a nuestra disposición un túnel de viento; pero en base a una investigación extensa se pudo llegar a este diseño, que abarca una idea general que teníamos acerca de este gran desafío.

Nuestro diseño preliminar se basa en 4 partes: una frontal, para mejorar el enfrentamiento del viento; un alerón aerodinámico trasero, una tapa rueda trasera y un marco para disminuir la turbulencia que se genera por las diferencias de presión en estos puntos. Podemos ver en la figura una idea de cada una de las partes con su detalle. Como dijimos antes es solo un bosquejo de nuestra solución final, debido a las limitaciones computacionales.

Como vemos es una solución más completa, pero definitivamente tiene algunas falencias que veremos más adelante.

Durante la construcción del proyecto fuimos sacando varias conclusiones que nos llevaron a nuestro diseño final. Que tiene las mismas 4 partes pero un poco modificados a como se ven en la figura inicial, ya que pensamos que la solución que entregaremos a continuación era mas factible de sujetar, implementar y además seria mucho mas eficiente que la planteada con el programa. Podemos ver en las fotos el dispositivo final y algunas fotos de la construcción.

El capullo frontal esta hecho enteramente de plumavit moldeado por nosotros mediante cuchillos y alambres calientes para dar mejor forma aerodinámica a este. Este material le proporciona un bajo peso y alta factibilidad para poder adaptarlo a la forma de la bicicleta y los demás accesorios que aseguran una reducción de las fuerzas provocadas por el aire. Esta partió del bloque dado por la universidad y tratamos de aprovechar las medidas al máximo para asegurar una mejor solución. En un principio pensamos en un capullo acostado pero preferimos dar una mayor comodidad al ciclista y nos decidimos por esta forma final, la cual muestra un capullo vertical, que deja al ciclista con una gran movilidad y no tiene que adoptar una postura totalmente correcta. Si nos ponemos a pensar una de las grandes soluciones que ha dado la industria frente a este tema es de elevar el grado de inclinación del sillín, para obligar al ciclista adoptar una postura de su cuerpo en 90º con las piernas, así nosotros damos una solución para los principiantes que les es molesto adoptar esta postura y les aseguramos una aerodinámica mas acentuada mediante el capullo frontal de esta bicicleta. El capullo frontal es totalmente desmontable y es básicamente como poner una parrilla típica de bicicletas. Se sujeta firmemente al manubrio mediante abrazaderas metálicas unidas a un tridente de distribución de tensión. También esta unida por dos varillas al centro de la rueda delantera para darle mayor firmeza al accesorio, para evitar posibles sacudidas del armazón durante el movimiento en velocidad.

El alerón aerodinámico trasero esta hecho plenamente de plumavit al igual que el accesorio delantero, y el cual fue cortado a mano y de la misma forma que el capullo.

Este modelo fue basado en las distintas motocicletas de alta velocidad que fueron analizadas. Los cuales nos dieron una impresión precisa de lo que exactamente teníamos que hacer para reducir el efecto de las turbulencias y mejorar el avance de un vehiculo de dos ruedas. Esta sujeta mediante un tridente de distribución de tensión al fierro del sillín mediante una abrazadera tensa.

La tapa rueda trasera esta hecha de cartón piedra a falta de conocimientos de manejo de plástico que creemos que podría ser una opción para la producción en masa y posterior comercialización del producto. Esta idea ya esta implementada en el mercado y se ve en la mayoría de las bicicletas de competencia de pista en las olimpiadas. Pero nosotros teníamos que agregar un paquete completo para poder presentar el “green speedy” ya que creemos que es una mejora a lo ya inventado. Están sujetas mediante velcro entre ellas para asegurar que no se salgan en el movimiento.

El cubre marco es especialmente una mejora adicional que también nos basamos en modelos anteriores, y creemos que es una solución factible para la reducción de las diferencias de presión en ciertos puntos de la bicicleta. Esta hecho de plumavit forrado en cartón piedra para darle la rigidez que necesita este punto en especifico. El plumavit es conocido por ser un producto más o menos toxico si es manejado de mala manera, por lo tanto para adherirlo al cartón piedra usamos No Mas Clavos. Este se sujeta mediante velero al marco principal.

Esta es la foto del diseño totalmente terminado y ensamblado a una bicicleta común:

5.2 Plan de trabajo final

• Yasna Grayde: Encargada oficial del blog, coordinadora general, investigaciones del comportamiento aerodinámico, desarrollo del informe final y moldeado de tapa rueda trasera.

• Andrés Luongo: Investigación de la medición de variables, diseños computacionales de las factibles soluciones, compra de materiales, moldeado de capullo frontal y alerón trasero.

• Felipe Narbona: Investigación de conceptos técnicos, compra de materiales, encargado de conjunciones, moldeado de capullo frontal y alerón trasero.

• Eileen Spencer: Investigación de solución a problemas en otros vehículos, imágenes explicativas, desarrollo del informe final, moldeado del cubre marco.

Todos los integrantes del grupo contribuimos de cierta manera a armar el informe final.

Las actividades propuestas anteriormente serán llevadas a cabo en diversos días de funcionamiento, ya que se requiere de un proceso continuo e integral. La semana previa a la entrega fue fundamental para la concretización del proyecto, para poder tomar las mediciones, materializar el dispositivo y otros.

5.3 Estimación de costos:

Para la propuesta, hicimos un presupuesto estimado de los valores de los materiales a utilizar:

Luego de realizada la cotización de los materiales a utilizar, podemos tener un valor estimado del total del proyecto, el que toma un valor de $ 14.800.

5.4 Predicción del desempeño

Mediante la siguiente tabla Excel, realizamos una estimación delcoeficiente aerodinámico con y sin dispositivo. Esta estimación la hicimos dando distintos valores de pendientes por donde pasaría la bicicleta, y dando también valores estimados de velocidad:

Observación: La velocidad en la tabal está dad en km/hra, pero para efectos de cálculo se transformó a m/seg.

6 Implementación

6.1 Cronología

Como somos un grupo que cumple con las expectativas puestas, el plan de trabajo inicial se cumplió a la perfección y por lo tanto en esta sección no nos queda nada más que repetir lo anteriormente dicho en el punto 5.2 diciendo cuanto nos demoramos:

• Yasna Grayde: Moldeado de tapa ruedas traseras. Un día en cortarlas de una manera adecuada, deteniéndose con cuidado en la forma de campana alargada que este tipo de elemento tiene que tener, y para dejarla sujeta a la bicicleta de manera desmontable. Pinturas en general. Un día.

• Andrés Luongo: Moldeado de capullo frontal, alerón aerodinámico trasero, con una demora de 2 días. Conjunciones de cada implementación, un día buscando solución de cómo apretar algo plano a algo curso mediante elementos desmontables y otro medio día uniendo partes.

• Felipe Narbona: Moldeado de capullo frontal, alerón aerodinámico trasero, con una demora de 2 días. Conjunciones de cada implementación, un día buscando solución de cómo apretar algo plano a algo curso mediante elementos desmontables y otro medio día uniendo partes.

• Eileen Spencer: Moldeado del cubre marco, un día para cortar, plumavit y cartón piedra y en la implementación de la bicicleta de forma desmontable. Pinturas en general. Un día.

Para el desarrollo del trabajo nos tomamos poco más de un día, el que fue llevado a cabo con el aporte de todos los integrantes con respecto a la experiencia de estar trabajando juntos.

6.2 Costos

Los materiales utilizados, con sus respectivos valores son los siguientes:

Los materiales utilizados y el valor final del proyecto tuvieron variaciones respecto al estimado, ya que a medida que implementábamos el proyecto nos surgieron nuevas necesidad de materiales, resultando las que están detalladas en la tabla anterior.

El valor final del proyecto asciende a los $ 12.580 el que no es elevado dadas las características que tiene y la mejora que implica.

6.3 Evaluación de Desempeño

Para obtener los datos, realizamos el siguiente experimento:
En una cuesta de pendiente constante sin dar pedales dejamos que la bicicleta gane velocidad hasta que esta se estabilice. Cuando esto ocurra, la fuerza de rodadura se habrá igualado al peso multiplicado por el seno del ángulo que forma la cuesta con la horizontal, ya que la fuerza normal y peso*cos se anulan. Se realizó esto para distintas pendientes. En la tabla siguiente ilustraremos los datos obtenidos de la bicicleta con y sin el artefacto, y se podrá notar con claridad que fue posible lograr la disminución del coeficiente aerodinámico.

Observando estas tablas, podemos ver las distintas pruebas realizadas para distintas pendientes, y como se ha reducido el coeficiente aerodinámico en cada una de las pruebas podemos observarlo en la siguiente tabla, que refleja la diferencia entre estos:

Conclusiones

Los resultados obtenidos experimentalmente fueron muy cercanos a los valores que estimados, por lo tanto, nuestro diseño cumple nuestras expectativas, y esperamos que también las de ustedes.

Con nuestro dispositivo, logramos disminuir el coeficiente de roce aerodinámico, pero esta disminución (debemos decirlo) es baja. Sabemos que las bicicletas han sufrido muchos cambios desde su creación, pero su apariencia todavía es muy similar a la de la bicicleta original. En nuestro proyecto, tratamos de mejorar la aerodinámica de una bicicleta, pero no podíamos intervenir en su diseño. Debido a esto, el resultado obtenido con nuestro implemento es el esperado, ya que supusimos que, si es que mejorábamos la aerodinámica de la bicicleta, esta mejora iba a ser pequeña.

Finalmente, podemos decir que es mucho más ventajoso que cualquier implemento para mejorar la aerodinámica, el escudarse con los ciclistas de enfrente cuando uno viaja en bicicleta en grupo.

Diseño de los accesorios

Ahora se mostraran los distintos accesorios para lograr cada una de las opciones antes mencionadas (en la entrada anterior).

Marco:

• El material sera pluma vid.
• Las longitudes respectivas se pueden ver en la fotografía, ya que cada cuadrado corresponde a 1 centímetro.

Tapa de rueda:

• El material sera de cartulina, o cartón.
• Las dimensiones son, 21 cm de radio, y 2,5 cm de ancho.

Accesorio Trasero:

• Material sera de cartón.
• Las dimensiones: 18 cm de largo, 11 cm de alto, 5 cm de ancho.

Escudo:

• El material: de cartulina o papel y una mica plástica transparente. La parte de mica es para que el ciclista vea mientras esta conduciendo.
• Las dimensiones: 20 cm de ancho, 23 cm de alto y 14 cm de largo. la forma exacta se tratara de encontrar por medio de las ecuación de flujo de potencial.

Submarino:

• El material: se hará un armazón de alambre y luego se cubrirá con papeles o cartulinas, de esta forma se lograra la forma aerodinámica que queremos.
• Las dimensiones: 71 cm de largo, 28 cm de ancho y 24 cm de alto. La forma exacta se esta diseñando bajo las ecuación de flujo de potencial.