Principales Resultados del Proyecto

La aerodinámica es un factor clave en el rendimiento de cualquier dispositivo móvil. El coeficiente de roce y la superficie frontal, son los principales factores que influyen en la fuerza de arrastre producida por el fluido sobre un cuerpo en movimiento. El copeficiente de arrastre, por su parte, depende principalmente de dos factores: el roce del material con el fluido y el efecto de separación producido por la forma del dispositivo. Por lo tanto, modificando la forma y el material del dispositivo, es posible mejorar el coeficiente de resistencia y disminuir así la fuerza de arrastre.

En cuanto a las restricciones de diseño, las características generales de lo que se nos encargó realizar eran las siguientes:

• Debe construirse un prototipo del aparato a escala 1/1 y probarlo experimentalmente.
• El aparato debe agregarse a la bicicleta, montarse y desmontarse fácilmente. No debe modificarse la bicicleta misma.
• El prototipo debe confeccionarse a partir de un volumen de plumavit de alta densidad de 1,0m por 0,5m por 0,3m el cual se puede cortar, separar y dar forma. Se pueden emplear materiales y elementos adicionales como secundarios siempre que su costo no sea significativo.
• Cada grupo conseguirá una bicicleta de cualquier tipo para realizar las pruebas.

Según lo establecido, lo que quisiéramos construir, no dependía de restricciones de tamaño, sino que sólo debíamos fijarnos en que alcanzara el material para el diseño que propusimos. De hecho, a pesar que el prototipo que planteamos es de dimensiones bastante grandes, nos alanzo súper bien el plumavit. Al principio no teníamos idea como trabajar con ese material, como cortarlo, moldearlo, pegarlo, etc. Fue un verdadero dolor de cabeza, ya que si cometíamos algún error, no contábamos con otro volumen de plumavit para poder usar en reemplazo. Primero investigamos en la web, y descubrimos que hay máquinas que gracias a programas computacionales a los que se ingresan las medidas deseadas hacen cortes perfectos en el poliestireno, de hecho se usa mucho para lo que es publicidad con volúmenes gigantes, letreros, etc., pero era demasiado costoso, y nuestros recursos no daban para esa opción. Lo otro que habíamos escuchado, es lo típico, cortar plumavit con un cuchillo caliente. Pero un día en una feria de la capital, una de nuestras integrantes encontró un señor que vendía unas maquinitas artesanales que precisamente eran para cortar plumavit, y consistía en un alambre amarrado a una especie de cautín. Entonces nosotros aprovechando la idea, fabricamos una caja en la que pusimos un fierro doblado en forma de L invertida, y desde el extremo amarramos un alambre, el que a su vez conectamos a un motor eléctrico, entonces al calentarse logramos el mismo efecto que el del cautín con el alambre, pero mucho más fácil de usar, ya que el volumen que nosotros teníamos que manipular era mayor al de las muestras del artesano.

Finalmente dibujamos sobre el plumavit y lo trozamos, haciendo las partes para conseguir el dispositivo. Pegar las piezas fue otra hazaña, que espero podamos explicar en la exposición, ya que aquí van aspectos más técnicos.

La forma del prototipo que construimos cumple con ser desmontable de la bicicleta, y cabe perfectamente una persona en su interior, por lo que el desplazamiento se realiza en forma correcta. Ahora bien, la visibilidad que obtuvimos no es lo que teníamos pensado, pero dentro de las posibilidades es lo que mejor se logró.

La meta del proyecto era mejorar la aerodinámica de una bicicleta, insertándole el dispositivo realizado. La idea es mejorar la aerodinámica de tal forma que el ciclista pueda alcanzar las mismas velocidades con menor esfuerzo o lo que es lo mismo que alcanzar mayores velocidades con el mismo esfuerzo. Esto no lo logramos, ya que, alcanzar la forma aerodinámica que teníamos pensado resultó muy difícil. Quizás si lo hubiéramos enviado a cortar computacionalmente, estaría perfecto, pero al hacerlo nosotros (que no somos máquinas y era la primera vez que trabajamos con algo parecido), tuvimos errores de cálculos e imprecisiones al montar las piezas.

Mediciones del Rendimiento del Dispositivo

Dado que el objetivo del dispositivo es mejorar la aerodinamica, se utilizó la fuerza de arrastre como medida del rendimiento del dispositivo, comparando la fuerza de arrastre con y sin el dispositivo.

Como se vió en el punto 1.5 la fuerza de arrastre se puede calcular como:

Dado que el coeficiente de resistencia no es medible de manera trivial, sino que se requiere de análisis más avanzados en túneles de viento, se optó por hacer los cálculos de manera aproximada.

Para calcular la fuerza de arrastre de la bicicleta y el ciclista sin el dispositivo se utilizó el mismo análisis realizado en 1.5.

Para medir el impacto del dispositivo en la fuerza de arrastre se midió la superficie frontal de este y se realizaron pruebas con humo para visualizar si el efecto de separación era mayor o menor y así estimar el Cx con el dispositivo.

Para realizar estas pruebas se utilizó un motor a petroleo, el cual desprendía humo de color grisaseo. Este motor se puso en la maleta de un auto. Luego, se anduvo en la bicicleta tras el auto con el motor en la maleta abierta, a una velocidad pequeña, de tal forma de apreciar el movimiento del humo al atravesar el dispositivo.

Competencias y Habilidades Desarrolladas

El desarrollo de un trabajo grupal siempre tiene tanto cosas a favor como en contra, podemos considerar que trabajar en equipo aliviana la carga de una sola persona en el desarrollo de una tarea, pero a la vez lo complica, porque poder reunirse aunque suene exagerado, es difícil porque todos tenemos distintos horarios, ramos, pruebas y responsabilidades varias. Pero con organización pudimos lograr buscar el ajuste que más nos acomodara para poder sacar a flote el proyecto. Por otro lado, el trabajo grupal es una experiencia muy enriquecedora, porque siempre se termina por aprender algo nuevo, a conocer a las personas, a tener tolerancia, y saber apoyarse, todo para lograr la causa común. Además mientras aquellos días que nos reunimos siempre buscamos la forma de hacer entretenida la construcción del dispositivo.

Respecto al curso, la realización de este proyecto nos sirvió para poder por fin en algún ramo poner en práctica la teoría. En general nuestra sensación en la mayoría de los cursos es que lo que aprendemos no vale mucho si nunca lo trabajamos, es como aprender una receta de cocina, pero si nunca se hornea de verdad, no sabremos si queda rico o no (puede que se queme, quede salado, etc.), y sólo la experiencia de ejecutar la tarea nos hará pensar en lo que hicimos mal, y analizaremos de otra forma el proceso.

Los conocimientos de mecánica de fluidos que hemos puesto en práctica son bastante cotidianos y más bien centrados en entender cosas que siempre estuvieron ahí, pero que no sabíamos a qué se debían, como por ejemplo el efecto de separación y la fuerza de arrastre, además entendimos el porqué de las formas aerodinámicas y su estrecha relación con las líneas de corriente. Y no podemos dejar de nombrar la actividad extraordinaria que llevamos a cabo en el curso, nos referimos a la visita a las represas de Colbún. En ella aprendimos cosas que para un experto no pasan de ser cultura general, pero que para nosotros, que no seguimos la especialidad de hidráulica igual nos dejó bastante claras las cosas. Primeramente, lo que tienen que ver con el encause de las aguas del río Maule, y el impacto ambiental que llevó consigo. El aprovechamiento de la potencia del agua en diversos puntos, donde se instalaron las centrales que proveen de electricidad al sistema interconectado central, etc. En fin, quizás nos desviamos un poco del foco de la pregunta, pero hay que señalar que ha sido un curso completamente distinto a lo que esperamos cuando lo inscribimos y que ha dejado de lado nuestras expectativas.