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.