Entrega Final Mecánica de Fluídos

1) Introducción:

En nuestro informe anterior nos dedicamos a investigar sobre la forma en que se puede mejorar la aerodinámica de una bicicleta. Estos vehículos no han evolucionado en este sentido de la misma forma que lo han hecho otros medios de transporte, tales como los automóviles y los aviones, en parte debido a regulaciones restrictivas de parte de la Federación de Ciclismo.
Vimos que la aerodinámica de un cuerpo depende de las fuerzas provenientes de diferencias de presión y las denominadas fuerzas de corte viscoso. Ambas provienen del hecho de que el aire es un fluido viscoso.
Las fuerzas de corte viscoso provienen del roce entre el fluido viscoso y la superficie de contacto del cuerpo con este. Estas están directamente relacionadas con el número de Reynolds: un número alto corresponde a un flujo turbulento y uno pequeño a uno laminar.
Las fuerzas de presión están relacionadas con los remolinos o turbulencias producidas por los cuerpos al pasar.

La velocidad y la Presión van relacionadas por la Ecuación de Bernoulli para fluidos no viscosos:

p+1/2(Ro)*V^2+(Ro)*gh=cte

donde p es la presión, (Ro) es la densidad, V es la velocidad, g la aceleración de gravedad y h es la altura.

La velocidad y el área de contacto del cuerpo con el aire están relacionadas por la ecuación de continuidad:

(Ro)A1V1=(Ro)A2V2

donde (Ro) es la densidad, A el área y V es la velocidad.

En la figura mostrada más abajo podemos ver varios tipos de diseño para vehículos. Podemos ver que la forma de este determina la cantidad de turbulencia que el cuerpo creará al pasar. Éstas provocan una pérdida de energía mecánica, dado que la energía que el cuerpo podría utilizar para moverse se gasta en provocar estos remolinos. Podemos ver en el dibujo varios tipos de formas, desde las que provocan un flujo laminar y con ello tienen una baja resistencia al paso del aire, hasta los que provocan gran cantidad de turbulencia y con ello una gran pérdida de energía. Debemos mencionar que el arrastre es proporcional a la turbulencia generada.

El dispositivo que proponemos es una pieza que irá colocada en la parte frontal. Esta cubrirá la rueda delantera y las piernas del ciclista. Como podemos apreciar en la fotografía de más abajo (foto 1) la zona compuesta por las piernas y el frente de la bicicleta forman prácticamente un rectángulo. Esto provoca que el flujo de aire que pasa por la bicicleta se asemeje mucho al segundo dibujo de la figura 1 mostrada anteriormente, el cual es uno de los peores.

Foto 1:

El dispositivo que queremos diseñar tendrá la siguiente forma: