Implementación

Medición experimental de Variables en el modelo:

Para el cálculo experimental del modelo de la bicicleta con y sin prototipo se realizó el siguiente experimento. En un plano inclinado (calle en bajada) se hizo desplazar una bicicleta partiendo del reposo, hasta recorrer una distancia d, y medir la velocidad de la bicicleta en ese punto. Con el tiempo y la velocidad tomadas, se calculo la aceleración en ese punto.
Para el cálculo de la fuerza de arrastre se procesaron estos datos según un diagrama de cuerpo libre donde

F= Ma = Mg sen(α)-Fr-Fa (i)

donde:
M=Masa de la bicicleta
a= Aceleración
α= ángulo de inclinación
Fr= Fuerza de roce
Fa= Fuerza de arrastre

Tenemos que la masa es una suma entre la masa de la bicicleta (14kg) y la masa del ciclista (100kg), es decir, un total de 114 kg.
La distancia a recorrer por la bicicleta (d) es de 50m y para calcular el ángulo de inclinación (α) se utilizo un GPS para calcular la altitud del punto de partida y del punto de llegada. Con esta diferencia y la distancia recorrida se puede hacer una triangulación que da un ángulo aproximado de 30º.

Parte 1: Se necesita considerar el efecto de la fuerza de roce para poder calcular la fuerza de arrastre dad por la expresión citada. Por eso ocupamos el supuesto que a velocidades pequeñas se puede despreciar la fuerza de arrastre ya que esta depende de V2 (velocidad al cuadrado). Con esto y considerando un plano menos inclinado que el plano experimental propuesto, se logró obtener un coeficiente de roce aproximado µ=0.3

Con este coeficiente de roce y sabiendo que la fuerza de roce esta dada por

Fr= µ(Mg cos(α))

Se procedió a realizar el experimento:

Experimento 1: Bicicleta sin prototipo

La velocidad medida fue de 49 km/h es decir 13.67 m/s. en un tiempo de 7.5 s. Lo cual nos da una aceleración a=1.87m/s2.
Remplazando todos los datos en la ecuación (i) tenemos que
Fa1=55.16 N

Experimento #2: Bicicleta con prototipo

La velocidad medida fue de 51 km/h es decir 14.77 m/s. en un tiempo de 7.3 s. Lo cual nos da una aceleración a=2.02m/s2.
Remplazando todos los datos en la ecuación (i) tenemos que
Fa2=37.59 N

Es decir que con el prototipo se experimenta una disminución en la fuerza de arrastre de aproximadamente un 32%.
Podemos decir que si bien el prototipo diseñado tiene incidencia sobre la aerodinamicidad de la bicicleta, existen variables y supuestos en la modelación que pueden haber afectado en el resultado final del experimento. Por ejemplo las condiciones climáticas, el viento, despreciar otras fuerzas presentes, errores de medición etc.

Planificación de trabajo:

Teniendo una vez diseñado el prototipo en papel, se prosiguió a llevarlo a cabo en concreto.
Para esto se contaba con:

-Bloque de Plumavit de (100x50x30 cm)
- Huincha de medir.
- Cuchillos
- Quemador
- Pintura (témpera)
- Lija
- Brocha

El bloque de Plumavit fue suministrado por la universidad, y los materiales adicionales a comprar (témpera, lija, brocha) costaron $4,883.

Para moldear el bloque de plumavit hasta su diseño final, se ocupó la técnica del "cuchillo caliente" es decir, cortar el bloque mediante el uso de calor. Este método resulto se bastante eficiente para poder darle al plumavit la forma requerida y en poco tiempo. Aproximadamente el este trabajo tomo dos horas y media.
Luego de tener moldeado el plumavit, se procedió a lijar el modelo para luego pintarlo dejarlo en su estado final.

Para unir el dispositivo a la bicicleta, se implemento un sistema bastante simple que consiste en instalar un objeto punzante en el volante de la bicicleta en donde se ensarta el bloque de plumavit de manera tal que se mantiene rígido en su posición. Este mecanismo permita el sacar y poner de manera fácil es prototipo.

Conclusión:

Después de haber pasado por una etapa de diseño, construcción y prueba del prototipo aerodinámico, no encontramos con sentimientos encontrados.

Por un lado, satisfacción ya que el prototipo presentado cumple con nuestras expectativas y nuestras metas planteadas. Se logró disminuir la fuerza de arrastre en un porcentaje significativo (32%). Dicho resultado es importante ya que comprende un ahorro energético considerable y una resistencia mucho menor lo que hace mucho mas fácil el movimiento, en especial a grandes velocidades.

Por otro lado nos encontramos con dudas y nuevas preguntas ya que a pesar de haber obtenido buenos resultados en las pruebas experimentales, somos concientes de que los resultados pueden haberse visto afectados por errores no cuantificados en los cálculos ni en el modelo. Variables como las condiciones climáticas, el viento, el estado del asfalto, errores en mediciones y simplificaciones en el modelo pueden haber afectado en el resultado final.

Por último nos encontramos con nuevas inquietudes. ¿Qué pasaría con la fuerza de roce y nuestro prototipo haciendo experimento en otras condiciones?, ¿Qué pasaría si nuestro prototipo fuera de otro material? Un cambio de material por ejemplo podría reducir mas la fuerza de arrastre, o tal vez el no tener tantas restricciones de material podría llevar a generar un prototipo mas completo y eficiente
En el fondo, esta idea todavía se puede seguir mejorando hasta ojala llegar a una solución mucho mas satisfactoria que la obtenida. .