Prototipo Final

Diseño Final

Implementación

A la hora de realizar nuestro dispositivo, tuvimos las dificultades previstas en cuanto a la manipulación del bloque de plumavit. El darle forma a este material sin que se rompa es difícil pero no imposible.

Cronología:

La construcción que fue lo que nos tomo mas tiempo en realizar fue de aproximadamente de 12 horas nos juntamos el grupo en la mañana y nos quedamos hasta tarde en la noche.

Costos:

Los costos fueron un poco más de elevados a los estimados. Nosotros estimamos un gasto $9000 aproximadamente. Se necesitó comprar materiales para la instalación del dispositivo en la bicicleta, y una visera para darle visión al ciclista, ya montado el dispositivo.

Evaluación del desempeño:

Para evaluar el desempeño de nuestro dispositivo realizamos la siguiente prueba:
Se impulso la bicicleta con el conductor con la ayuda de un auto a una velocidad inicial de 20k/hr y se soltó, se midió la distancia que recorría sin utilizar nuestro dispositivo, esto fue 22 metros.
Luego se hiso denuevo lo mismo a la misma velocidad inicial pero esta ves con nuestro dispositivo, el resultado fueron 33 metros recorridos.
Este resultado fue muy revelador ya que con una simple prueba en la cual se mantenían constantes las variables de roce, velocidad del aire y de la bicicleta,etc. Todo igual excepto que en uno utilizamos nuestro dispositivo y en otro no, se pudo concluir fehacientemente que nuestro dispositivo disminuye el efecto de arrastre de la bicicleta y por lo tanto la hace ser mas aerodinámica.

Conclusiones:

Podemos concluir que nuestro dispositivo si funciona, con su utilización se disminuye el efecto de arrastre y también el de separación. La prueba realizada revela que a la misma velocidad inicial y bajo las mismas condiciones ambientales la bicicleta con conductor y con nuestro dispositivo recorre mayor distancia antes de detenerse que una con conductor pero sin nuestro dispositivo.

Predicción del desempeño

En general, podemos predecir un desempeño óptimo, pues es el plan de trabajo. Además, cada uno de nosotros tiene el potencial de realizar un buen trabajo. Ahora, específicamente, Una baja en el desempeño se puede dar en el proceso de dar forma y cortar el bloque de plumavit, pues es difícil darle la forma correcta, cortando de forma pareja, derecha, y sin romper dicho material. Todo resulto de la mejor manera no tuvimos que lamentar nada que se haya hecho mal y por eso creemos que fue todo un exito.

Estimación de costos

Los únicos costos que podemos estimar están relacionados con el ensamblaje del dispositivo a la bicicleta( abrasaderas ,tornillos, pegamento,etc) y con darle forma al bloque de plumavit de alta densidad. Estos materiales no son caros por si solos, y tal vez ocurra lo mismo en conjunto. Por esto estimamos un gasto aproximado de $9.000.

Plan de trabajo

Como plan de trabajo, luego de elegida la alternativa, solo nos avocamos a la construcción de éste. Por tanto, no nos fijamos tareas tan específicas ni plazos muy estrictos previamente. Si bien hay distintas tareas en la construcción del dispositivo, estas las vamos descubriendo en el proceso, y nos distribuiremos de manera de realizar la mayor cantidad de trabajo posible; pues no tenemos tanta experiencia en lo que es el trabajo con la plumavit, el cortar y darle forma. Así, enfrentaremos cada dificultad en su tiempo de la manera debida, y así no poner en peligro el material y lo ya construido. También, como sabemos que el período de entrega final coincide con períodos de últimas pruebas y/o exámenes, el que no pueda ayudar en la construcción, otras tareas como adelantar redacción de informe, cálculos varios, etc.

Alternativas y Elección del Dispositivo

•En el proceso de “Brainstorming”, investigando y usando nuestro ingenio pudimos deducir que el coeficiente de arrastre menor es el de una elipse (~0.22, considerando una relación, diámetro menor/diámetro mayor=0.125), –considerando una elipse completa y “no hueca”. Con esto, tenemos una idea de la forma de nuestro dispositivo. Luego, decidimos que la forma de nuestro dispositivo será la línea de corriente que se forma con un flujo uniforme junto a una fuente, en la cual la suma de la velocidad del flujo uniforme con la velocidad de la fuente es igual a cero. Los datos obtenidos son los siguientes:

Entonces queremos:
•(1) Vista Lateral.
•(2) Vista superior.
•- h: altura.
•- b: ancho.
•- u: velocidad de la bicicleta.
Dimensiones de la bicicleta:
•Largo (contando ruedas) = 1,57 m
•Alto (hasta el asiento) = 0,86 m
•Alto (hasta el cuadro) = 0,70 m
•Alto (hasta el freno) = 0,89 m
•Ancho (manubrio) = 0,40 m
•Ancho (pedales) = 0,37 m
•Diámetro rueda = 2 ft. = 0,61 m
•Alto Ciclista en posición óptima = 1,20 m

Es decir, el dispositivo tendrá esta forma en vista lateral y superior –claramente con constantes y medidas de longitud distintas, y por tanto, tal como está escrito en las ecuaciones, constantes distintas.
Ahora, por limitaciones de recursos y materiales, no podemos evitar el fenómeno de separación, pues no podemos cerrar esta forma, y por ende, no podemos evitar completamente este fenómeno. Como saben, el fenómeno de separación se da en la parte posterior de un cuerpo, donde se generan remolinos desde un punto llamado punto de separación. Esto produce una succión debido al cambio de presiones.
También consideramos para esto despreciables los efectos del roce en nuestro dispositivo.

•Finalmente, nuestro dispositivo lo realizamos con las siguientes dimensiones:

Donde la presion se calculo como :

Elaboración de soluciones

Debido a que no queremos tentar a otros ha efectuar un plagio de nuestra propiedad intelectual, las soluciones propuestas para el diseño de nuestro proyecto no serán publicadas en el blog. Sin embargo estaran bien desarrolladas y explicadas en la presentación Power Point que será enviada al profesor.

Nuestra intención no es ser soberbios ni decir que tenemos la mejor solución, simplemente queremos proteger nuestras ideas. Queremos decir también que nuestras ideas pueden no ser las más correctas pero son nuestras y para no tentar, no las subiremos.

Gracias.

Grupo 29

Organización y funcionamiento del grupo de trabajo

•La asignación de tareas que será utilizada, tendrá como objetivo hacer uso eficazmente de nuestros esfuerzos, enfocándolos en la meta que compartimos en común. Esta asignación será la siguiente:

–Tomás Collado:

•Obtener información teórica sobre fuerzas de arrastre y aerodinámica.
•Realización de informes en blog para cada entrega.

–Felipe Quitral:

•Obtener información teórica sobre fuerzas de arrastre y aerodinámica.
•Obtener información de coeficientes de arrastre, su relación con la geometría.

–Diego Vásquez:

•Obtener información teórica sobre aerodinámica y diseño de bicicletas en la actualidad.
•Realización de modelo computacional de la propuesta elegida.


•Tareas comunes:
–Brainstorming o Lluvia de ideas.
–Selección de la solución.
–Cálculos necesarios para la elaboración de la solución elegida.

Identificación de Metas y dificultades

•A continuación se encuentran las diferentes metas propuestas, junto con los diferentes elementos en los que nuestros esfuerzos se enfocarán en el desarrollo de este proyecto.

– Poder determinar correctamente la fuerza que ejerce el aire al avance de la bicicleta

– Determinar la geometría del dispositivo que mejora la eficiencia aerodinámica de la bicicleta
– Investigar y obtener información sobre el proceso de diseño y las variables que afectan a una bicicleta en la actualidad.

– Utilizar las herramientas dadas en el curso para poder extraer y deducir del problema información relevante a considerar para el funcionamiento de nuestro artefacto.

– Poder agregar herramientas fuera del curso, tanto matemáticas y de diseño, como prácticas (como por ejemplo, textos, encuestas, etc.), para poder obtener información importante sobre el problema enfrentado.

– Obtener una buena dinámica de trabajo al interior del grupo.

– Poder crear, tanto teóricamente como en la realidad, la mejor propuesta posible al problema propuesto.

•A grandes rasgos, podemos definir etapas en el proyecto.


– En una primera etapa debemos obtener toda la información posible para poder tener la mayor cantidad de herramientas que puedan ser de utilidad en el desarrollo de nuestro dispositivo.

– En una segunda etapa, intentaremos tener la mayor cantidad de propuestas posible, donde esperamos trabajar en la más óptima y mejor.

– En una tercera etapa y final, debemos trabajar en la confección de la solución elegida.


•En cuanto a dificultades, tenemos las siguientes:


– Llevar a la práctica los conocimientos teóricos adquiridos en el curso. Con la dificultad de aplicar estos de manera acertada.

– La mayor dificultad es poder llevar a cabo un buen trabajo en equipo. Si bien cada uno puede trabajar y desenvolverse bien en el proyecto, los tiempos y los "talentos" de cada uno son distintos, y debemos poder encajar bien para así llevar el proyecto a buen puerto.

Metodología de diseño

•En la fase uno del proyecto, la realización del diseño se hará en un comienzo de manera intuitiva, por medio de las propuesta entregadas por los integrantes del grupo. Las propuestas más prometedoras, factibles tanto desde el punto de vista de construcción como del cumplimiento de las limitantes impuestas por el proyecto, será sometidas a ensayos de prueba y error. A los prototipos a escala escogidos, se les realizará análisis dinámico de fluidos.

•Este análisis empleará tanto las herramientas entregadas por el curso como herramientas informáticas que se intentarán aplicar a los prototipos diseñados.

•Una vez determinado el diseño final que será utilizado, este será llevado a escala real, con lo cual se obtendrá finalmente el dispositivo que será instalado en la bicicleta.

•En la actualidad se ha podido prescindir en parte de los metales, utilizando en cambio materiales más fuertes que estos y más livianos, como lo es la fibra de carbono. Esta se adapta a los moldes posibilitando que el marco este compuesto por curvas “suaves”.

•Esto disminuye la turbulencia generada por el aire y achicar la estela. Lo cual es altamente complicado de lograr al trabajar con metales.

•También se han desarrollado nuevas llantas mas delgadas para disminuir su roce con el aire.

Programas de Pruebas

•Desde el aspecto aerodinámico, los marcos son diseñados con la ayuda de programas computacionales, como CosmosFloWorks.

•Estos programas utilizan el método de análisis por elementos finitos (AEF). Este método numérico se basa en dividir la geometría del marco que se quiere analizar, en pequeños elementos en los cuales se resuelven las ecuaciones diferenciales correspondientes al campo de velocidades en forma discreta, teniendo en cuenta las propiedades físicas del material empleado, los elementos del entorno de vecindad, las condiciones de contorno y las fuentes generadoras de campo. Estas ecuaciones de resuelven iterativamente hasta que convergen a una solución.

•La parte final del proceso de construcción de una bicicleta consiste en poner a prueba la bicicleta ya construida y al ciclista en el “túnel de viento”, el que consiste en un sistema cerrado en el cual por medio de ventiladores se impulsa aire hacia el sistema ciclista-bicicleta.

•Al aire que pasa alrededor del ciclista y la bicicleta se le agrega humo, con la finalidad de que se pueda observar el comportamiento de este al verse afectado por estos.

•Junto con realizar este tipo de ensayos, también se somete a la bicicleta a condiciones reales de uso, esta experiencia se realiza instalando sensores en partes clave del marco con la finalidad de registrar los valores de las tensiones que registra el marco. En base a estos datos se reinicia el proceso de construcción asiendo los ajustes necesarios.

Actualmente

•Las empresas que desarrollan estas bicicletas dedican enormes cantidades de dinero y tiempo en el túnel de viento.

•Esta etapa se puede considerar exclusivamente de aprendizaje, ya que entrega información sobre factores que se pueden alterar al modelo inicial, con la finalidad de mejorar su comportamiento.

•Esto demuestra que el diseño de las bicicletas es en parte intuitivo y requiere aún de ensayo y error. Esto se debe a que los softwares antes mencionados se basan en modelos que realizan simplificaciones de la realidad, por lo cual no entregan un 100% de certeza sobre los resultados.

Definición del proyecto y proceso de diseño

•En el transcurso de este proyecto, nuestros esfuerzos se concentraran en diseñar un dispositivo que sea capaz de mejorar la eficiencia aerodinámica de una bicicleta y del ciclista durante el desplazamiento del mismo. Este dispositivo deberá instalarse rápida y fácilmente a la bicicleta, sin modificarla. La instalación de este dispositivo debe afectar positivamente la aerodinámica de la bicicleta y mantener un estándar de estética. Se buscará disminuir la fuerza de oposición al avance del ciclista que presenta el aire, modificando el área frontal de la bicicleta, la cual se ve sometida a la fuerza del aire.

•Por medio de las herramientas proporcionadas por la mecánica de fluidos, buscaremos modelar esta problemática, con lo cual identificaremos las variables que ocupan un rol determinante en el comportamiento aerodinámico de la bicicleta.


•Una vez que hayamos identificado estas variables, será necesario determinar el procedimiento con el cual será diseñado el dispositivo, cumpliendo con las restricciones antes descritas.

•En el pasado, el desarrollo de una bicicleta implicaba pruebas de ensayo y error, en la actualidad debido a la gran cantidad de materiales que existen a disposición de los fabricantes dificultan este método. La geometría de las bicicletas siempre han estado limitadas por la posición del ciclista y es a partir de esta geometría, sobre la cual se realizan análisis para mejorar el comportamiento de la misma.

Conceptos Aerodinámicos

•Para emprender adecuadamente este proyecto debemos tener presentes conceptos esenciales para abordar de mejor manera nuestra solución y posteriormente el diseño y prototipo a crear.


•Coeficiente de arrastre:



•Ca : Coeficiente de arrastre
•Fa: Fuerza de arrastre
•p: Densidad del aire
•V : Velocidad
•S : Superficie frontal a analizar.


•Este coeficiente depende de la velocidad del viento, su densidad y de las características geométricas y materiales como el peso.

•Fenómeno de separación:

Existe un punto en la superficie de cada material en el cual el flujo deja de seguir el contorno del cuerpo debido a diferencias de presiones. Esto genera una disminución de las velocidad del móvil por lo cual lo mejor es retardar el fenómeno de separación en un móvil.

El color celeste representa el flujo turbulento y el rojo el flujo separado.

Al flujo de fluido que se genera después de la separación se le llama estela. Se sabe experimentalmente que al disminuir la estela el arrastre es menor. Esto se logra mejorando la geometría del móvil haciéndolo mas curvo y alargando la cola de este.

•Debemos identificar muy bien las variables relevantes para nuestro proyecto.

Bienvenidos

Este es el blog del Grupo 29 creado para mantener informados a todos los que quieran saber y por supuesto a los profesores de la evolucion de nuestro proyecto, el cual es crear un prototipo de un dispositivo en plumavit que al ser agregado a una bicicleta mejore su aerodinamicidad.

El grupo esta constituidos por:

Tomás Collado
Diego Vásquez
Felipe Quitral


Esperamos lograr la mejor solucion y les deceamos suerte a los demas grupos. Que gane el mejor.

Grupo 29