Si comparamos la fuerza de arrastre entre la diapositiva numero 6 y la numero 7, vemos claramente que la fuerza de arrastre aumentó estando con el dispositivo. Esto debido a fallas en el diseño como la no disminución del área de contacto y al poco conocimiento que tenemos en el uso y trabajo del plumavit, no logrando la forma querida por nosotros.
Se debe agregar que a medida que aumenta la velocidad, la fuerza que hace el viento contra le plumavit, tiende a que nuestro dispositivo se salga de su lugar, haciendo complicada e ineficaces las mediciones.
Se ve una clara tendencia que la fuerza de arrastre aumenta con el cuadrado de la velocidad, tanto en la dispositiva 6 como en la 7
Una mejora que se le haría, seria trabajar de mejor manera el plumavit e inventar una buena manera de ajustar el dispositivo a la bicicleta.
Aprendimos 2 cosas muy importantes a través de este proyecto.
Aplicar la materia vista en el curso de Mecánica de Fluidos, tanto para el dispositivo como para hacer el medidor de presiones que inventamos.
Sin embargo, no logramos obtener las mejores que nos propusimos; confiamos en que nuestro prototipo iba cumplir con las metas propuestas por nosotros, pero nos dimos cuenta que se necesitan considerar otros factores como los mencionados en el comienzo de esta diapositiva
martes, 19 de junio de 2007
Evaluación del proyecto
-La forma buscaba asimilar líneas de corrientes producidas por una fuente en medio de un canal (Ej. TGV, autos modernos)
-Dada la curvatura de dichas líneas, se optó por montar 2 piezas separadas con tal de disminuir la longitud del dispositivo y por ende el peso.
-Por la ecuación de la fuerza de arrastre, se intentó crear un área muy similar a la utilizada por un ciclista sin el dispositivo, pero mejorando el coeficiente de arrastre (Cd).
-La forma obtenida, logra retardar el punto de separación del fluido en contacto con la bicicleta. (Ej. Se considera el efecto de las piernas del cicilista y efecto de la rueda frontal)
De esta manera presentamos el siguiente dispositivo:
-Dada la curvatura de dichas líneas, se optó por montar 2 piezas separadas con tal de disminuir la longitud del dispositivo y por ende el peso.
-Por la ecuación de la fuerza de arrastre, se intentó crear un área muy similar a la utilizada por un ciclista sin el dispositivo, pero mejorando el coeficiente de arrastre (Cd).
-La forma obtenida, logra retardar el punto de separación del fluido en contacto con la bicicleta. (Ej. Se considera el efecto de las piernas del cicilista y efecto de la rueda frontal)
De esta manera presentamos el siguiente dispositivo:
Calculo de Fuerza de arrastre CON DISPOSITIVO
De la misma manera que el procedimiento ocupado sin el dispositivo: 13 grados de pendiente y una masa de 82,5 kilos se presentan los siguientes datos:
La que representa el siguiente gráfico:
Si comparamos la fuerza de arrastre con o sin el dispositivo, vemos claramente que la fuerza de arrastre aumento entre estar sin el dispositivo que estar con el dispositivo. Esto debido a fallas en el diseño como también al poco conocimiento que tenemos en el uso y trabajo del plumavit, lo que provocó que nuestro prototipo no logre la forma querida por nosotros.
Se debe agregar que a medida que aumenta la velocidad, la fuerza que hace el viento contra le plumavit, tiende a que nuestro dispositivo se salga de su lugar, haciendo complicada e ineficaces las mediciones.
Se ve una clara tendencia que la fuerza de arrastre aumenta con el cuadrado de la velocidad, en ambos casos.
Una mejora que se le haría, seria trabajar de mejor manera el plumavit e inventar una buena manera de ajustar el dispositivo a la bicicleta.
La que representa el siguiente gráfico:
Si comparamos la fuerza de arrastre con o sin el dispositivo, vemos claramente que la fuerza de arrastre aumento entre estar sin el dispositivo que estar con el dispositivo. Esto debido a fallas en el diseño como también al poco conocimiento que tenemos en el uso y trabajo del plumavit, lo que provocó que nuestro prototipo no logre la forma querida por nosotros.
Se debe agregar que a medida que aumenta la velocidad, la fuerza que hace el viento contra le plumavit, tiende a que nuestro dispositivo se salga de su lugar, haciendo complicada e ineficaces las mediciones.
Se ve una clara tendencia que la fuerza de arrastre aumenta con el cuadrado de la velocidad, en ambos casos.
Una mejora que se le haría, seria trabajar de mejor manera el plumavit e inventar una buena manera de ajustar el dispositivo a la bicicleta.
Calculo de Fuerza de arrastre SIN DISPOSITIVO
Con la siguiente fórmula,
Reemplazando los valores obtenidos y un valor de 13º como pendiente, y 80 Kg de peso llegamos a la siguiente tabla:
Graficando los valores de la velocidad vs la fuerza de arrastre obtenemos el gráfico:
La curva graficada es de segundo orden, por lo que deducimos que la Fuerza de arrastre depende de la velocidad al cuadrado. Además podemos suponer que inicialmente no hay fuerza de arrastre provocada por el viento por lo que la única fuerza opuesta que actúa es la fuerza de roce opuesta por el pavimento a las ruedas, podemos decir que toma el valor de 130 N. De esta manera podemos estimar el coeficiente de roce:
Así para la fuerza opuesta por el viento:
Fv=cte*V^2
Tomando un promedio entre los valores: Cte = 1,8
De manera que la fuerza de arrastre en función de la velocidad queda expresada como :
Fa= Fr +1,8V^2
Reemplazando los valores obtenidos y un valor de 13º como pendiente, y 80 Kg de peso llegamos a la siguiente tabla:
Graficando los valores de la velocidad vs la fuerza de arrastre obtenemos el gráfico:
La curva graficada es de segundo orden, por lo que deducimos que la Fuerza de arrastre depende de la velocidad al cuadrado. Además podemos suponer que inicialmente no hay fuerza de arrastre provocada por el viento por lo que la única fuerza opuesta que actúa es la fuerza de roce opuesta por el pavimento a las ruedas, podemos decir que toma el valor de 130 N. De esta manera podemos estimar el coeficiente de roce:
Así para la fuerza opuesta por el viento:
Fv=cte*V^2
Tomando un promedio entre los valores: Cte = 1,8
De manera que la fuerza de arrastre en función de la velocidad queda expresada como :
Fa= Fr +1,8V^2
Medición de variables
El día sábado, nos reunimos con el grupo con el fin de determinar las variables: velocidad y presión, sin el dispositivo. Nuestro "conejillo de indias" se lanzó por la pendiente mostrada en la foto:
La pendiente la medimos marcando en una botella con agua, el desnivel que se formaba al apoyarla contra el pavimento. La velocidad estaba dada por un velocimetro instalado en la bicicleta y a medida que este marcaba velocidades, el ciclista, quien sostenía en una mano una grabadora, debía ir gritando las velocidades. De esta manera se determinaron las velocidades en cada tiempo.
En el caso de la medición de las presiones presentamos una comparación de dos puntos captados por nuestra cámara durante el desenso:
P1 = 10000*1,2*10-2 = 120 [N/m] = 120 [Pa]
P2 = 10000*1 *10-2 = 100 [Pa]
P3 se mantuvo prácticamente igual.
En el tubo 1 se vio un aumento de 2cm. más, por lo que el liquido aumenta en total 1,2 + 2, de la misma manera se observa un aumento adicional de 1cm. en el tubo 2.
P1 = 10000*(2+1,2)*10-2 = 320 [Pa]
P2 = 10000*(1+1) *10-2 = 200 [Pa]
P3 es negativa en este momento, esto es debido a las oscilaciones que tiene el liquido producto del movimiento de la bicicleta, por lo que no será considerada.
Nos damos cuenta que las presiones aumentan, a medida que avanza el tiempo. Esto explica el aumento de la fuerza de arrastre a medida que avanza el tiempo.
El dispositivo podría ser mejorado agrandando la sección de las mangueras de manera a que capte mejor el cambio de presión en caso de ser mal acomodada esta durante la medición, también con mangueras totalmente transparentes para que se note el aumento de presión dado por el líquido.
La pendiente la medimos marcando en una botella con agua, el desnivel que se formaba al apoyarla contra el pavimento. La velocidad estaba dada por un velocimetro instalado en la bicicleta y a medida que este marcaba velocidades, el ciclista, quien sostenía en una mano una grabadora, debía ir gritando las velocidades. De esta manera se determinaron las velocidades en cada tiempo.
En el caso de la medición de las presiones presentamos una comparación de dos puntos captados por nuestra cámara durante el desenso:
P1 = 10000*1,2*10-2 = 120 [N/m] = 120 [Pa]
P2 = 10000*1 *10-2 = 100 [Pa]
P3 se mantuvo prácticamente igual.
En el tubo 1 se vio un aumento de 2cm. más, por lo que el liquido aumenta en total 1,2 + 2, de la misma manera se observa un aumento adicional de 1cm. en el tubo 2.
P1 = 10000*(2+1,2)*10-2 = 320 [Pa]
P2 = 10000*(1+1) *10-2 = 200 [Pa]
P3 es negativa en este momento, esto es debido a las oscilaciones que tiene el liquido producto del movimiento de la bicicleta, por lo que no será considerada.
Nos damos cuenta que las presiones aumentan, a medida que avanza el tiempo. Esto explica el aumento de la fuerza de arrastre a medida que avanza el tiempo.
El dispositivo podría ser mejorado agrandando la sección de las mangueras de manera a que capte mejor el cambio de presión en caso de ser mal acomodada esta durante la medición, también con mangueras totalmente transparentes para que se note el aumento de presión dado por el líquido.
Medición de la presión
Ante el problema de medir la presión en un ciclista decidimos idear una solución más práctica que teórica (anteriormente abarcada), de manera que se diseño un dispositivo.
Una extremidad de la manguera esta fija a la espalda del ciclista, en esta será considerada una presión relativa de 0 (presion atmosférica) las otras extremidades de cada una de las mangueras serán conectadas a:
•Tubo 1: Manubrio
•Tubo 2: Rodilla del ciclista
•Tubo 3: cintura del ciclista
•Tubo 4: falló
Así, el liquido sufrirá un desplazamiento causado por la diferencia de presiones, este desplazamiento será captado por una cámara digital apoyada en el soporte del dispositivo. Determinaremos la presión por la siguiente relación:
P=γ*h
donde γ es la masa específica por la gravedad. De esta manera consideraremos la masa específica del líquido (Jugo Yupi) un poco mayor a la del agua de manera que γ=10000, h es la diferencia de alturas entre t1 y t2. Las mangueras están graduadas cada 0,5 cm. Se hará una estimación “al ojo”. Cabe destacar que lo que estamos calculando son presiones relativas.
Una extremidad de la manguera esta fija a la espalda del ciclista, en esta será considerada una presión relativa de 0 (presion atmosférica) las otras extremidades de cada una de las mangueras serán conectadas a:
•Tubo 1: Manubrio
•Tubo 2: Rodilla del ciclista
•Tubo 3: cintura del ciclista
•Tubo 4: falló
Así, el liquido sufrirá un desplazamiento causado por la diferencia de presiones, este desplazamiento será captado por una cámara digital apoyada en el soporte del dispositivo. Determinaremos la presión por la siguiente relación:
P=γ*h
donde γ es la masa específica por la gravedad. De esta manera consideraremos la masa específica del líquido (Jugo Yupi) un poco mayor a la del agua de manera que γ=10000, h es la diferencia de alturas entre t1 y t2. Las mangueras están graduadas cada 0,5 cm. Se hará una estimación “al ojo”. Cabe destacar que lo que estamos calculando son presiones relativas.
sábado, 9 de junio de 2007
Modificación del procedimiento de medición para la fuerza de arrastre
Anteriormente presentamos un modelo para calcular la fuerza de arrastre de acuerdo a ciertos datos de entrada. Habíamos dicho que ocuparíamos la ecuacion de Bernoulli:
Esta ecuación solo puede ser aplicada para los casos donde el fluido sea permanente, ideal e incompresible. En nuestro caso estaríamos considerando como fluido a la misma bicicleta bajando por una cuesta, de manera que corresponde a un fluido de régimen IMPERMANENTE. De esta manera consideramos nuestro procedimiento como erróneo.
El procedimiento que ocuparemos es el siguiente:
Uno de los integrantes del grupo se dejará caer con la bicicleta, por una cuesta de un cierta ángulo de inclinación. Este irá grabando con una camara digital la velocidad marcada por el velocimetro, de esta manera obtendremos las velocidades en ciertos intervalos de tiempo y aplicaremos la siguiente fórmula:
Consideraremos como fuerzas: la fuerza del peso ciclista+bicicleta , la fuerza de roce opuesta por el pavimento y la fuerza de arrastre.
De esta manera la ecuación queda:
La fuerza de roce puede ser considerada como constante (ya que el roce dinamico es constante), así llevaremos a un gráfico: Fuerza de arrastre VS Velocidad para determinar la relación entre ambas.
Esta ecuación solo puede ser aplicada para los casos donde el fluido sea permanente, ideal e incompresible. En nuestro caso estaríamos considerando como fluido a la misma bicicleta bajando por una cuesta, de manera que corresponde a un fluido de régimen IMPERMANENTE. De esta manera consideramos nuestro procedimiento como erróneo.
El procedimiento que ocuparemos es el siguiente:
Uno de los integrantes del grupo se dejará caer con la bicicleta, por una cuesta de un cierta ángulo de inclinación. Este irá grabando con una camara digital la velocidad marcada por el velocimetro, de esta manera obtendremos las velocidades en ciertos intervalos de tiempo y aplicaremos la siguiente fórmula:
Consideraremos como fuerzas: la fuerza del peso ciclista+bicicleta , la fuerza de roce opuesta por el pavimento y la fuerza de arrastre.
De esta manera la ecuación queda:
La fuerza de roce puede ser considerada como constante (ya que el roce dinamico es constante), así llevaremos a un gráfico: Fuerza de arrastre VS Velocidad para determinar la relación entre ambas.
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