Parte fundamental de toda investigación es lograr implementar, recopilar y consolidar conocimientos adquiridos a lo largo de un proceso. En este caso validar un modelo hidrodinámico es una combinación de un completo y complejo trabajo teórico, donde la etapa de recopilación de información fue parte fundamental del proceso, conocer antecedentes ayuda a justificar aun más el trabajo a desarrollar, y aclara las ideas para lograr implementar un sistema adecuado para lograr los objetivos con éxito.
En este trabajo de grado, se realizó una investigación siguiendo una metodología, donde la interdisciplinariedad fue y ha sido parte fundamental en su desarrollo, ayudando a integrar conocimientos de sistemas de control, física aplicada, dinámica de objetos, electrónica analógica y digital, reconociendo que existe la necesidad de diseñar un sistema versátil, confiable, funcional e inclusive de bajo costo, que permitiera realizar una validación a un modelo hidrodinámico ya existente con el fin de comprobar la planta diseñada es adecuada para posteriores estudios.
La implementación de los experimentos se llevo a cabo de una manera adecuada, sin llegar a ser la optima, debido a una serie de limitantes, como los son los altos costos para desarrollar otros diseños adecuados para este fin, además, la falta de instalaciones adecuadas para el diseño de un sistema más robusto. Sin embargo, con la planta diseñada y elaborada, se logro llevar a cabo los experimentos con dos objetos diferentes correspondientes a dos esferas con diámetros diferentes sin ningún contratiempo. También es importante aclarar que en la etapa inicial se intento trabajar con un cilindro, sin embargo la gran mayoría de los modelos teóricos son realizados para 2D y en esta dimensión tanto la esfera como el cilindro comparten el modelo matemático.
Se logró diseñar e implementar un control para el motor DC el cual permitió llevar a cabo el desarrollo de los experimentos de una manera adecuada respetando todas las pautas establecidas en el diseño de las pruebas a realizar, se buscó utilizar herramientas específicamente dedicadas a diseñar sistemas de control por medio de la computadora, haciendo de este trabajo un proceso más amigable e innovador. Sin embargo, el controlador implementado en el microcontrolador pudo no haber sido óptimo debido a su diseño, es por esta razón que es recomendable para trabajos posteriores diseñar e implementar un control más robusto que no brinde solo confiabilidad sino también precisión y exactitud.
Se realizó una correcta y adecuada implementación del sistema de adquisición de datos por medio de un modulo de conversión análogo digital presente en el microcontrolador, garantizando un buen desempeño a lo largo de todos los 67 × 3 procesos de experimentación llevados a cabo, esto permitió la adquisición de la información necesaria para lograr la validación de los datos experimentales, evidenciado en los resultados mostrados en la figura 7.5.
Cuando se evaluaron las corrientes obtenidas teóricamente y experimentalmente, se obtuvo un error máximo de discrepancia entre los datos del 11%. De manera simultánea, el coeficiente de correlación obtenido entre los datos teóricos y experimentales de las corrientes es equivalente al 0.58 lo cual demuestra que estos datos siguen el mismo patrón de movimiento, es decir si los datos teóricos de corriente aumentan, los datos experimentales tenderán a realizar este mismo comportamiento. Con esto se concluye que los experimentos muestran una buena precisión, sin embargo no se tiene exactitud respecto a las medidas teóricas.
El resultado expuesto anteriormente nos da una idea de que tan exactos deben ser los experimentos para llegar a obtener mejores resultados en una ejecución posterior, Dado que en nuestra situación se obtuvo una buena precisión pero con baja exactitud. Este resultado de obtener baja exactitud es causado debido a que en el proceso de la ejecución y planeación de los experimentos, influyen demasiadas variables las cuales en dado momento se toman despreciables sumando a esto errores sistemáticos del proceso, para de esta forma facilitar los cálculos matemáticos, ya que se buscaba que fueran lo más sencillos posibles. Así
mismo de los resultados obtenidos podemos decir que el sistema de adquisición de datos cumple con las características requeridas, brindando precisión en la medida, todo esto comprobado mediante los histogramas ya que como se observa estos tienen comportamiento normal. Sin embargo para experimentos posteriores en los cuales se desee obtener una mayor exactitud en la información, se hace necesario que las variables despreciadas en este trabajo de grado sean tenidas en cuenta, esto con la finalidad de obtener mayor fiabilidad en la información.
Ahora bien analizando la grafica de Coeficiente de arrastre experimental y teórico contra el número de Reynolds figura 7.18, podemos notar que se encuentra una alta discrepancia en los primeros valores entre estos dos coeficientes, esto es debido a que las ecuaciones matemáticas planteadas aquí para el análisis de este fenómeno físico requieren de mucha precisión, y cualquier variación en el valor de la corriente hará que cuando se calcule el coeficiente de arrastre su valor varié bastante del valor teórico. Lo anteriormente comentado demuestra que el método realizado en este trabajo para la ejecución de los experimentos es válido para los números de Reynolds mayores a 10000, lo cual no sucede para valores inferiores debido a que se hace necesario la elaboración de un control de velocidad que garantice con un mínimo error la velocidad requerida, En conclusión estos experimentos no gozan de muy buena fiabilidad.
Una Posibilidad para mejorar los resultados obtenidos en este trabajo hace que sea necesario hacer el control de velocidad más extenso, es decir que tenga referencias más pequeñas de velocidad, con el fin de que este se aproxime cada vez más a una constante, con el fin que la corriente registrada sea exactamente la que el motor requiere para llevar la esfera a determinada velocidad debido a que la forma de onda de la corriente influye directamente en los resultados.
Este sistema no se limita simplemente a realizar mediciones para esferas. También puede ser utilizado para encontrar nuevos modelos hidrodinámicos para objetos de diferentes formas para los cuales sea necesario obtener su modelo experimental del coeficiente de arrastre vs Numero de Reynolds. Inclusive se puede llegar a encontrar modelos experimentales para objetos como vehículos e incluso materiales a sumergir en procesos industriales. Adicional a esto la planta puede llegar a ser utilizada como un dinamómetro de alta precisión no solo estático sino también dinámico.
La planta puede ser mejorada si es posible tener un tanque de pruebas más alto, el cual implica mayores costos, lo cual contrastaría con este trabajo de grado ya que una de las ideas es poder realizar experimentos con resultados validos a un bajo costo.