RESUMEN EJECUTIVO

Principales Resultados del Proyecto



En esta parte, el grupo debe describir los resultados obtenidos con el prototipo final. Se debe responder a las siguientes preguntas: ¿Cómo se modifica el coeficiente de arrastre de la bicicletaq? ¿Se cumplen las restricciones de diseño en cuanto diemnsiones y facilidad de colocación y uso? ¿Lograron las metas del proyecto? Describa las experiencias que permitieron evaluar el cumplimiento de los objetivos. Debe ser un párrafo bien escrito y articulado donde se responda a las preguntas. No debe ser una lista de preguntas y respuestas.



Los principales resultados fueron los siguientes.



Se puede ver que el coeficiente de roce de la bicicleta disminuye con la implementación del dispositivo, esto se debe a la forma de gota utlizada para disminuir el coeficiente que aporta la persona sobre esta.

El diseño estipulado se mantiene, pero para construcción de este comenzaron a surgir dificultades como mantener la simetria, cumplir a cavalidad el diseño y que la superficie sea lisa, lo cual hizo que no se lograra el óptimo que se trataba de confeccionar.

La meta se cumplió, esto se debe a que lo que se quería era crear un dispositivo que mejorara a una bicicleta haciendola más aerodinámica, aunque no se hayan cumplido todas las proposiciones a mejorar, el funcionamiento de la bicicleta mejoró, el cual era el objetivo principal. Además otro objetivo era el de conocer en la práctica lo estudiado en clases y comprobar que era real, y en que medida funcionaba. Este último objetivo se logró a cavalidad, el poder ver el como nuestra bicicleta mantenía por mayor tiempo una velocidad a partir de una velocidad constante al ponerle el dispositivo, hizo que todo el tiempo invertido en el proyecto valiera la pena.

Competencias y Habilidades Desarrolladas:

Para este proyecto tuvimos que desarrollar diversas habilidades para poder alcanzar el objetivo propuesto. La aplicación del diseño fue clara al momento de pensar en una solución óptima y poder mostrarla en el papel. Tuvimos que aprender la teoría básica de la aerodinámica con los diferentes tipos de flujos y fuerzas involucradas. Así también, explotar las habilidades artísticas del grupo y a la vez desarrollarlas de mejor manera para poder dar la forma esperada al prototipo. Por otro lado, la organización y separación de tareas de una manera eficiente fue vital al momento de realizar un trabajo completo y al poner en práctica la sinergia, logramos legar al objetivo de una mejor manera.

Además de eso aprendimos habilidades manuales para trabajar con el plumavit. Mejoramos nuestras habilidades con el manejo de páginas web, flash y el manejo de blogs.





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Comportamiento Aerodinámica en Distintos Móviles.

La Aerodinámica del Automóvil
En el diseño de un automóvil moderno interviene de manera fundamental la forma de su carrocería, que influye tanto en el aprovechamiento de la potencia que desarrolla el motor como en la estabilidad del vehículo a elevadas velocidades.
Los cálculos para obtener los mejores resultados pertenecen a la aerodinámica. Para avanzar, un automóvil debe vencer la resistencia que opone el aire, y dicha resistencia es función de la forma de la carrocería. La facilidad con la que un automóvil se mueve en la corriente de aire viene indicada por el producto de su superficie frontal y del coeficiente aerodinámico, un coeficiente de resistencia aerodinámica adimensional, determinado por la forma de cada carrocería, que se obtiene mediante medidas experimentales.
Pero la aerodinámica interviene también en el confort de los pasajeros: el diseño condiciona las formas de la carrocería y, por tanto, la ventilación interior y el ruido aerodinámico en el interior del habitáculo.
En cuanto a la estabilidad del vehículo, es muy importante que el centro de presiones (punto donde se concentran todas las fuerzas aerodinámicas) quede lo más cerca posible del centro de gravedad del vehículo, pero resulta difícil de conseguir porque a velocidades elevadas el flujo de aire cambia por completo. Para solucionar esto, algunos coches muy sofisticados cuentan con sistemas de aerodinámica activa, con alerones y spoilers que se despliegan en determinadas situaciones (frenada, al sobrepasar cierta velocidad, etc.).
La Aerodinámica de la Moto
Al igual que en el caso del automóvil, es esencial la forma de la carrocería de una moto, y es por eso que se acude a vestirla con unas planchas de fibra de vidrio u otro material ligero pero resistente, debidamente trabajados y moldeados, que sirven para mejorar el esfuerzo de penetración de la moto en la masa del aire y este dispositivo es lo que se llama comúnmente carenado.
Para analizar la aerodinámica de una moto lo óptimo no es analizarla desde arriba. A primera vista podríamos pensar que para que un vehículo sea aerodinámico, la parte frontal tendría que ser puntiaguda para que corte bien el aire. La realidad es justo la contraria y la forma óptima tiene una relación longitud/anchura de forma de lágrima, con la parte más ancha mirando al frente y la cola, cada vez más estrecha, apuntando hacia la parte trasera.
Al conducir una motocicleta a altas velocidades existe una fuerza que tiende a empujar al conductor hacia atrás. En este caso la fuerza del motor se utiliza casi exclusivamente para vencer la fuerza del viento. Para mejorar el rendimiento de una moto, seria suficiente tratar de disminuir el esfuerzo que ésta tiene que hacer para vencer la resistencia del aire. Un carenaje integral sería lo más acertado, con la posición del piloto completamente tumbado con el vientre encima del deposito, pero no hay porque exagerar tanto, se pueden encontrar soluciones intermedias en las que se unen un cierto grado de comodidad con un efectivo mejoramiento de la moto a altas velocidades. Colocando al piloto en la parte delantera de la moto la relación puede tener un valor más adecuado. Con estas medidas el consumo se reducirá y el motor tendrá una mayor respuesta.








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1.0 DEFINICIÓN DEL PROYECTO Y PROCESO DE DISEÑO

La física de los fluidos tiene una gran importancia en el estudio del movimiento de un cuerpo que está inmerso en un fluido líquido o gaseoso. Un cuerpo sometido a uno de estos fluidos, experimenta diferentes tipos de fuerzas de roce al desplazarse, y físicamente estas fuerzas se oponen al movimiento, lo que llevan al cuerpo a detenerse si es que ninguna potencia le es aplicada.El problema al cuál nos vemos sujetos, son las fuerzas de roces que hacen menos eficiente el desplazamiento de un cuerpo. Para poder estudiar este problema y plantear soluciones, debemos indagar en la dinámica de los fluidos. Específicamente, nuestra labor se centrará en los fluidos gaseosos, por lo tanto debemos aplicar algunos principios de la aerodinámica. Buscamos con esto reducir la fuerza que produce el roce del aire al chocar con una superficie de un cuerpo móvil, que en nuestro proyecto será un sistema bicicleta-ciclista.El objetivo buscado consiste en el diseño y confección de un dispositivo que mejore el rendimiento de una bicicleta. Con mejorar el rendimiento, nos referimos a que este elemento de diseño debe perfeccionar las condiciones aerodinámicas de la bicicleta cuando se encuentra en movimiento, su velocidad y estabilidad. Para mejorar las condiciones aerodinámicas, debemos buscar un diseño tal que reduzca el roce del aire que experimenta el sistema.Para lograr mejorar la aerodinámica de un móvil es indispensable seguir un esquema general de diseño de un prototipo. Es de suma importancia conocer a previamente las características o forma genérica que va a tener el dispositivo; analizar sus aplicaciones, normativas y restricciones. La forma depende de dichas restricciones y es necesario tenerlas en cuenta.
Metodología de trabajo:

1) Comprender el problema identificado anteriormente.

2) Analizar las restricciones y normativas del proyecto.

3) Estudiar la teoría y todas las variables involucradas en el problema.

4) Observar nuestro entorno: Ver cómo son las soluciones aerodinámicas de hoy en día, analizar lo ya existente y ver cómo se puede mejorar con pocos recursos.

5) Brainstorming de ideas para el diseño. Posterior selección.

6) Diseño de la propuesta en programa computacional inventor, de tal manera poder actualizar las mejoras rápidamente.

7) Construcción del prototipo en plumavit.

8) Probar en terreno y evaluar el diseño. Cabe destacar que el prototipo puede estar sujeto a cambios, por lo que se retornará al punto 6).

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2.0 IDENTIFICACIÓN DE METAS Y DIFICULTADES

El proyecto tiene las siguientes restricciones y dificultades (en orden de dificultad):

· Estudiar la teoría: fuerza de arrastre, fenómeno de separación y las variables que participan.· Medir en una bicicleta las variables involucradas en el movimiento: velocidad, presión sobre bicicleta-ciclista en diferentes puntos, y fuerza de arrastre.

· Se debe construir a escala 1/1 y probarlo experimentalmente midiendo la fuerza de arrastre que se produce con y sin el dispositivo, obteniendo los porcentajes de eficiencia.

· El prototipo debe ser de fácil implementación y cómodo para el usuario mientras está desplazándose.

· Tiene que ser fácil de montar y desmontar cumpliendo las normas de dimensiones del volumen del plumavit de alta densidad: 1.0mt x 0.5mt x 0.3mt.

· El plumavit es poco maleable. Por lo que presenta una dificultad al momento de darle forma.· Contar con los materiales básicos, además de la bicicleta.Metas:

· Tenemos como objetivo mejorar la aerodinámica en la bicicleta implementando un sistema simple, económico, estético y de fácil implementación, además de ser práctico para el usuario.





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3.0 ORGANIZACIÓN Y FUNCIONAMIENTO DEL GRUPO DE TRABAJO

Descripción de las tareas y encargados:

Teoría: estudio de la teoría relacionada, comportamiento aerodinámico de la bicicleta al desplazarse: fuerza de arrastre, fenómeno de la separación y variables relacionadas. Mario Angelini y Emilio Amenabar.

Mediciones de las variables: encontrar la forma de medir la fuerza de arrastre y cómo ésta afecta al movimiento, además de las variables (velocidad y presión) en diferentes puntos. Juan Pablo Márquez y Jaime Silva.

Brainstorming: elaboración de ideas. Todo el grupo.

Power Point: crear una presentación auto-explicativa en este programa. Emilio Amenabar y Jaime Silva.

Informe: Confeccionar un informe que explique el proyecto. Mario Angelini y Juan Pablo Márquez.

Nuestra principal fortaleza como grupo son los diferentes puntos de vista con los que contamos, lo que nos llevó a confeccionar un diseño más completo. Una debilidad es la falta de tiempo que tuvimos como grupo al tener distintos horarios y ramos y las diferentes opiniones al momento de elegir una idea como nos sucedió en el brainstorming.

Una propuesta para mejorar, sería asignar de manera más eficiente las tareas a desarrollar, debido a que cada uno de nosotros aportaba más de lo necesario en todas las tareas y avanzábamos más lento.

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4.0 ELABORACIÓN DE SOLUCIONES

El rendimiento de una bicicleta se ve afectado por una serie de fuerzas dentro de las cuales se encuentra la fuerza que produce el viento, o fuerza de arrastre aerodinámica.

Esta fuerza de arrastre a velocidades mayores a los 20 km/hr representa alrededor del 70% de la resistencia al movimiento, luego es de suma importancia estudiar sus características y efectos para asi mejorar el rendimiento de la bicicleta o cualquier cuerpo.

Sabemos que la fuerza de arrastre esta dada por luego nos remitimos a concentrarnos en qué tamaño y forma debe tener el modelo a construir para así disminuir lo más posible esta fuerza.

En un principio las ideas iban centradas en qué forma debía adoptar el diseño para que el coeficiente de arrastre fuera lo menor posible y en consecuencia la fuerza del viento.

Estudiando el tema y viendo cómo se comportan los flujos y qué efectos producen llegamos a una conclusión. La idea era poder “suavizar” la trayectoria de los flujos para que no se produzcan vórtices o flujos turbulentos y así poder disminuir las fuerzas de presiones.

A través de tablas de información concluimos que la forma del aparato diseñado debía asemejarse a un tipo de especie elíptica similar a la de una gota de agua. Esta forma presenta un coeficiente de arrastre muy bajo, siendo mucho más aerodinámico que cilindros, esferas y otras formas.

En una bicicleta es el ciclista el que genera la mayor resistencia al movimiento al tener una superficie anti-aerodinámica y además presentar una mayor área. Por esta razón es que decidimos que la mejor opción era situar el dispositivo en la bicicleta de manera de poder tapar lo más posible el área del ciclista.
Considerando las limitaciones geométricas del material y sus características, las alternativas propuestas fueron las siguientes:

· Alternativa1:

Consiste en la creación de una cápsula lo más similar posible a media a media gota de agua, la cual va a estar enganchada al manubrio de la bicicleta para poder abrirla y cerrarla. La figura es bastante aerodinámica, pero esta posee bastantes complicaciones, como la dificultad de darle forma al plumavit, ya que el interior debe ser hueco para que quepa parte del cuerpo de la persona que maneja esta. El segundo problema las restricciones de tamaño de la pieza de plumavit, ya que sólo lo podría usar una persona que tuviese un ancho de 50cm. entre sus hombros y además de eso tendría que estar lo más agachado posible.

· Alternativa2:

Suponiendo ahora que el conductor de la bicicleta vaya en una posición aerodinámica (agachado hacia el manubrio y con un casco) la parte de su cuerpo que va a producir más resistencia serían sus piernas, por que se crearían unas cubiertas para estas, las que estarían fijas al marco. La forma de estas trarían de ser lo más aerodinámicamente posible. Este proyecto no posee una dificultad muy alta para su construcción, por lo cual es factible, el único problema es que no tiene utilidad si la persona decide ir sentado derecho, ya que la resistencia del tronco de la persona haría parecer que estas cubiertas no producen ningún efecto.

· Alternativa3:

La última opción que se nos ocurrió es hacer que se paresca la parte delantera de la bicicleta a la de una motocicleta de carrera, copiando su estructura. Al ser así de parecidas las bicicleta debiera adquirir varias de las propiedades aerodinámicas de esta y se podría tratar de mejorar en algunos detalles como tratar de cubrir las piernas si es que la cantidad de plumavit lo permite. Las ventajas de este diseño son que es un sistema fijo al marco, por lo cual no debo preocuparme por algún mecanismo de abrir o cerrar. Además de eso no existen zonas huecas, por lo que es posible, aunque con algunas dificultades, darle la forma que deseamos al material. El gran problema es la cantidad de plumavit a usar, ya que seguramente va a faltar para completar el diseño.

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5.0 ALTERNATIVA SELECCIONADA Y PLAN DE TRABAJO

En definitiva la alternativa 1 fue la escogida. Llegamos a esta determinación luego de mucha investigación. Analizamos la factibilidad de construcción con los materiales proporcionados y sus dimensiones específicas, también fue de mucha importancia abordar la teoría de a cabalidad, para poder proponer un diseño acorde a la necesidad y que cumpla todos los estándares de aerodinamismo que podemos alcanzar con nuestros medios.
Esta alternativa, según nuestro pensamiento, es la que más se acerca a lo óptimo, ya que posee un diseño prácticamente igual a una gota de agua, o por o menos se asemeja bastante a ella. Como es sabido, y como explicamos anteriormente, que una gota de agua posee el menor roce que una estructura puede tener con el aire, debido a su forma aerodinámica, de reducción de creación de vórtices en la parte trasera y también ayuda al libre paso de las corrientes sin molestar su flujo. Por otro lado, obedece lo solicitado por el proyecto ya que es fácil de montar y desmontar, tampoco molesta la comodidad del usuario.

5.1 Una descripción física del diseño previsto

El diseño utilizado es en base a un casco aerodinámico pero que este a su vez disminuya el coeficiente de roce del cuerpo.

Este casco ahora con forma de gota debe tener la medida de 1m de largo, 50cm de ancho máximo y de 30cm de alto máximo.

5.2 Plan de trabajo final

Los materiales utilizados fueron el plumavit, tip-top y cierra para cortar el plumavit, el cual teníamos en nuestras casas, además compramos un diluyente ($4.500), el cual nos ayudo para realizar la obra gruesa de la obra y finalmete lijas de distintos tipos ($1.000).

En primer lugar comenzamos a moldear el plumavit que será la base de nuestro prototipo, por ende, con el cual iniciamos el trabajo gruesocon el diluyente y la cierra.

En un inicio el moldeo lo comenzó un integrante del grupo, Jaime Silva, quien le dió forma y tallado inicial. La siguiente parte fue precisar los cortes y aproximarse de mejor manera al diseño propuesto, fue desarrollado por: Mario Angelini y Emilio Amenábar. Por último, se afinaron detalles y pulieron los acabados, para poder finalizar el moldeo del plumavit. Para esta última tarea el encargado fue, Juan Pablo Márquez.

Armar el dispositivo acorde al diseño propuesto. Para este paso, se reunió el grupo para aproximar de mejor manera al armado pensado previamente. Así dejar el dispositivo, ya bien moldeado, con un sistema de montado y desmontado práctico y fácil.

Finalmente armamos el prototipo para poder dedicarnos a medir las variables, para obtener los resultados de la alternativa y si ésta es viable.

5.3 Estimación de costos

plumavit=gratis.

cierra=gratis.

diluyente=$4.500

tip-top=gratis.

lijas=$1.000

5.4 Predicción del desempeño

Al analizar el diseño se puede predecir que el área proyectada va a ser menor que la real, debido a que esta obliga a disminuir el área del cuerpo, la forma va a ser la más aerodinámica posible. El problema del plumavit es que no queda perfectamente liso por lo que va aumentar a su vez el roce, luego de esto estimamos un coeficiente de roce de 1,8 con la pieza puesta y un coeficiente de roce de 3 sin la pieza, esto en base a su vez de la forma y áreas de la bicicleta.

Siendo la teoría la siguiente:

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6.0 IMPLEMENTACIÓN

El diseño del prototipo fue relativamente fácil, ya que ahora viene la parte más complicada y es poder crear este ambicioso dispositivo.

El plumavit lo recogimos con bastante tiempo de anticipación para poder ir avanzando en la construcción y a su vez para poder aprender a darle forma sin que este se rompa.

Además de esto tuvimos que imprimir la forma del aparato en sus distintas perspectivas a tamaño real para así traspasar estos moldes al material para poder cortar la figura.

6.1 Cronología


El momento de moldear el plumavit que es la base de nuestro prototipo, fue una de las tareas más difíciles de lograr, ya que éste poseía una densidad muy elevada. Por este motivo se tuvo que pensar bien la manera de cortar el bloque sin pasarse de los límites y así no estropear la pieza. En un inicio el moldeo lo comenzó un integrante del grupo, Jaime Silva, quien le dio forma y tallado inicial, él tuvo que aplicar ácido y cuchillos afilados. La siguiente parte fue precisar los cortes y aproximarse de mejor manera al diseño propuesto, este paso fue desarrollado por: Mario Angelini y Emilio Amenábar, quienes con el mismo ácido y con mucha precaución lograron acercarse bastante al diseño. Por último, se afinaron detalles y pulieron los acabados, para poder finalizar el moldeo del plumavit. Para esta última tarea el encargado fue, Juan Pablo Márquez, quien utilizó lija fina, el mismo ácido, elementos cortantes y calientes. Cabe destacar que el moldeo fue más difícil de lo esperado y por esta razón se tuvo que disponer con mayor tiempo de lo planificado, con 2 días de aproximadamente 3 horas de trabajo por cada uno. Para precisar los cortes sucedió lo mismo y se tuvo que disponer de 2 días con 2 horas de trabajo. Para la parte del acabado final pudimos entrar en los límites esperados de tiempo, ya que el trabajo de los otros días fue grande y también se pudo estimar de mejor manera de acuerdo a la experiencia adquirida por lo días previos sobre el trabajo del material utilizando solo 1 día, pero con 4 horas de trabajo.

6.2 Costos

Los costos siguieron siendo los mismos:
plumavit: gratis.
tip-top: gratis.
cierra: gratis.
Lijas: $1.000
Diluyente: $4.500

6.3 Evaluación de desempeño

El desempeño fue el siguiente:

La teoría es en base a una sumatoria de fuerzas es igual a la masa por la aceleración

Siendo los resultados obtenidos en la practica los siguientes

6.4 Conclusiones

Podemos concluir que el dispositivo aunque no cumplió con nuestro pronóstico funciona y mejora la aerodinámica de nuestra bicicleta. Comprobamos que la aerodinámica es una ciencia bastante real y que con sólo pequeños cambios en el diseño de estructuras uno puede conseguir grandes mejoras o falencias en lo que se quiere lograr.

El diseño del dispositivo a nuestro parecer fue el correcto, pero la dificultad para construirlo a la perfección ocacionó que no se cumplieran todas nuestras espectativas. La forma al no ser simetrica a perfección, al no poder fiel al diseño y a su vez al no ser lisa hizo que la fuerza de roce aumentara. Haber rebestido el dispositivo con algun tipo de pintura o algún material como fibra de vidrio o Pay habría hecho que la fuerza de roce disminuyera aún más.

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