El aparato diseñado es muy fácil de poner y sacar.
El diseño consiste en la plumavit con la forma elegida, donde se clavan cuatro palitos de madera; dos a la altura del manubrio y dos a la altura del eje de la rueda. Éstos se afirman a los fierros de la bicicleta con prensas.
Los costos de los materiales extra son:
Prensa: $ 1800 cada una. (Se usan 4)
Palitos de madera: $ 860 en total.
Total: $ 8060.
Tomaremos una velocidad inicial y mediremos el tiempo que se demora la bicicleta en disminuir su velocidad 5 km/hr. Este experimento lo haremos para la bicicleta con el aparato y luego sin él, y para diferentes intervalos de velocidad.
Con las velocidades inicial y final de cada intervalo y el tiempo medido calcularemos la
Conocida la aceleración de cada intervalo, podemos obtener la fuerza como:
donde m es la masa del conjunto (m1: bicicleta-ciclista o m2:bicicleta-ciclista-aparato)
Esta fuerza calculada será la suma de la fuerza de roce y la fuerza de arrastre. Pero la fuerza de roce es muy parecida para la bicicleta con y sin el aparato.
Entonces, al tener la diferencia de la fuerza en los dos casos, tendremos la diferencia de la fuerza de arrastre. Con esto obtendremos conclusiones del aporte que hace nuestro aparato para mejorar la aerodinámica de la bicicleta.
Realizamos las mediciones y los datos obtenidos son los siguientes:
Las masas de cada conjunto son:
m1 = 103 kgs.
m2 = 106 kgs.
Para el segundo intervalo, de 25 km/hr. a 20 km/hr:
Para el último intervalo, de 20 km/hr. a 15 km/hr:
Como podemos ver en las tablas de resultados, el tiempo que se demoraba el conjunto en disminuir de v2 a v1, para todos los intervalos era mayor en el conjunto que si contenia al aparato, debido a esto las desaceleraciones de la bicicleta medidas con el dispositivo fueron siempre menores a las medidas sin éste.
Según esto, la fuerza de arrastre para el conjunto con el aparato es menor que sin éste, lo que significa que el dispositivo propuesto contribuye a mejorar las condiciones aerdinámicas de la bicicleta.
con k una constante que al variarla determina cada línea.
Por lo que la línea de corriente de separación de flujos queda dada por:
Entonces, para encontrar la superficie que más se adecue a las características y materiales del proyecto, se busca un Q que nos proporcione medidas útiles, que para este caso se ocupara Q = 40 m3/s
Por otro lado, las mediciones de eficiencia del dispositivo se harán a 30 km/h, es decir, a 8,33 m/s.
Entonces, graficando la función obtenemos nuestro diseño final:
Finalizando esta entrega, nos damos cuenta que vamos por buen camino para cumplir las metas que nos propusimos al comenzar este proyecto:
Ahora podemos decidir, en base a los datos obtenidos durante la investigación, cual de las 3 ideas planteadas es la que se ajusta de mejor forma a nuestros objetivos.
El dispositivo trasero, como dijimos, ayuda mantener el flujo laminar hasta el final de su paso por el cuerpo, pero para que esto ocurra se necesita que el flujo ya esté laminar al encontrarse con su superficie. Esto no ocurre dado que las líneas de corriente pasan primero por el ciclista, generando un flujo turbulento antes de llegar a la carcasa, por lo que no presenta ninguna utilidad.
Si mantenemos el dispositivo trasero y agregamos un carenado delantero que separe las líneas de corriente en forma regular, se genera un flujo laminar al rededor de este, que ayuda con las perdidas de energía por fricción, pero debido a la gran distancia que hay entre la carcasa delantera y la trasera, se vuelve a hacer turbulento antes de llegar a la parte de atrás, por lo que en este punto nos encontramos nuevamente con el caso anterior, por lo que usar el dispositivo trasero resulta poco practico en las condiciones de nuestro proyecto.
Entonces concluimos que la mejor solución es construir un dispositivo delantero que haga las veces de un carenado de motocicleta, que disminuya las perdidas por fricción generando un flujo laminar, el cual se intentara mantener durante la mayor distancia posible a través de la bicicleta para atenuar de alguna forma los efectos de la separación.
Este aparato nos permitiría medir la presión del aire y la fuerza con que éste impacta sobre la parte frontal de nuestra bicicleta, pero para realizar las mediciones de presión en distintos puntos de la bicicleta o el ciclista ocuparemos un barómetro del cual disponemos.
Medición de la velocidad:
Para obtener la velocidad v de la bicicleta, mediremos la distancia x que vamos a recorrer y luego el tiempo t que se demora el ciclista.
Luego:
Pero esa expresión sólo nos entrega un promedio de la velocidad. Entonces, para poder tener las velocidades instantáneas, trataremos de conseguirnos un velocímetro y calcular con él la velocidad.
s.
En el caso de las motocicletas, las deportivas están equipadas en su mayoría de un carenado (carrocería) que mejora su aerodinámica, con el fin de alcanzar altas velocidades, habitualmente por encima de los 250km/h. La posición del conductor de una moto deportiva es usualmente muy agresiva, en el sentido de que obliga al cuerpo a estar muy adelantado. Con ello se gana estabilidad en la dirección y facilita la aerodinámica.
Con la fórmula de la fuerza de arrastre nos damos cuenta que al comparar dos móviles en igualdad de condiciones (mismo fluido y velocidad) la fuerza depende únicamente de la superficie frontal y su coeficiente de resistencia (penetración).
La resistencia del movimiento también se ve afectada por la capa límite, que es la zona existente alrededor del cuerpo en contacto con el fluido. Ésta puede ser laminar o turbulenta. El flujo laminar es perfectamente ordenado, donde las líneas de corriente no se mezclan, en cambio el turbulento forma remolinos. La capa límite laminar proporciona una menor resistencia.
dirección del flujo el momentum del fluido puede ser insuficiente para abrirse paso y esto podría detener completamente el fluido y pudiera incluso tener un retroceso a baja velocidad. Es así como el flujo puede despegarse de la superficie del cuerpo. Como se ve en la fugura, el punto S indica el punto de separación, la línea L es la línea de separación y la M es el límite de inversión de la velocidad.
de arrastre por forma.
