ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE POTENCIA
NEUMÁTICO PARA ACOPLARLO A UNA BICICLETA COMERCIAL
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERO MECÁNICO
JAIME VINICIO MOLINA OSEJOS
[email protected]
HUGO ALEJANDRO SALAZAR REYES
[email protected]
DIRECTOR: ING. FERNANDO JÁCOME
Quito, junio del 2009
i
DECLARACIÓN
Nosotros, JAIME VINICIO MOLINA OSEJOS y HUGO ALEJANDRO SALAZAR
REYES, declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra
autoría, que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación
profesional, que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluye en
este documento.
A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad
intelectual correspondiente a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo
establecido por la ley de propiedad intelectual, por su reglamento y por la
normatividad institucional vigente.
___________________________________
Jaime Vinicio Molina Osejos
__________________________________
Hugo Alejandro Salazar Reyes
ii
Certifico que bajo mi dirección
la presente tesis fue realizada en su
totalidad por los señores:
JAIME VINICIO MOLINA OSEJOS
HUGO ALEJANDRO SALAZAR REYES
________________________________
Ing. Fernando Jácome
Director de Tesis
iii
Agradecimiento
R A mi Dios por darme la sabiduría y la
salud para terminar con éxito
mis
estudios.
R A mis padres por haberme ayudado moral
y
económicamente
durante
mi
vida
estudiantil.
R Al Ing. Fernando Jácome por la ayuda
brindada en la realización del presente
proyecto.
R A la empresa FAROLMEC por creer en
nosotros y financiar el proyecto.
Jaime
iv
Agradecimiento
R A Dios por guiar mis pasos cada día.
R A mis padres por ser el pilar fundamental
de mi desarrollo.
R Al Ing. Fernando Jácome por la ayuda
brindada en la realización del presente
proyecto.
R A la empresa FAROLMEC por creer en
nosotros y financiar el proyecto.
Alejandro
v
Dedicatoria
A mi familia por su continuo
apoyo, confianza y cariño.
Jaime
vi
Dedicatoria
A mis padres por creer en mí.
Alejandro
vii
INDICE GENERAL
CONTENIDO
PÁGINA
CAPITULO I ................................................................................................................ 1
1
GENERALIDADES .............................................................................................. 1
1.1 DESCRIPCIÓN GENERAL ...................................................................................... 1
1.1.1 Ventajas .................................................................................................... 1
1.1.2 Desventajas ............................................................................................... 2
CAPITULO II ............................................................................................................... 3
2
MARCO TEÓRICO .............................................................................................. 3
2.1.1 Aire ............................................................................................................ 3
2.1.2 Vapor de Agua........................................................................................... 3
2.2 CILINDROS NEUMÁTICOS ..................................................................................... 3
2.2.1 Tipos de Cilindros Neumáticos .................................................................. 4
2.3 VÁLVULAS NEUMÁTICAS....................................................................................... 8
2.3.1 Válvulas Por su Función ............................................................................ 9
2.3.2 Válvulas Por su Forma de Acondicionamiento ........................................ 15
2.4 TUBERÍA ........................................................................................................... 16
2.4.1. Montaje de Tuberías Flexibles ................................................................. 17
2.5 UNIONES Y ACCESORIOS NEUMÁTICOS ............................................................... 18
2.5.1 Adaptadores ............................................................................................ 18
2.5.2 Uniones ................................................................................................... 19
2.5.3 Codos ...................................................................................................... 19
2.5.4 Tes .......................................................................................................... 20
2.5.5 Uniones para Tubería Flexible ................................................................ 21
2.5.6 Silenciadores ........................................................................................... 21
2.6 MANÓMETROS .................................................................................................. 22
2.7 COMPRESORES DE AIRE .................................................................................... 22
2.7.1 Tipos de Compresores ............................................................................ 22
viii
2.8 TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE AIRE COMPRIMIDO ......................................... 23
CAPITULO III ............................................................................................................ 25
3
PREFACTIBILIDAD ........................................................................................... 25
3.1 ESTUDIO DE MERCADO ..................................................................................... 25
3.1.1 Elaboración de las Encuestas ................................................................. 25
3.1.2 Procesamiento de datos Obtenidos en las Encuestas ............................ 27
3.1.3 Análisis de Resultados ............................................................................ 31
3.2 RESTRICCIONES DEL MEDIO ............................................................................... 33
3.2.1 Económicas ............................................................................................. 33
3.2.2 Tecnológicas ........................................................................................... 33
3.3 ESPECIFICACIONES DEL EQUIPO ......................................................................... 33
CAPÍTULO IV............................................................................................................ 34
4
FACTIBILIDAD .................................................................................................. 34
4.1 ESTUDIO DE ALTERNATIVAS MECÁNICAS .............................................................. 34
4.1.1 Primera Alternativa .................................................................................. 34
4.1.2 Segunda Alternativa ................................................................................ 38
4.1.3 Tercera alternativa................................................................................... 41
4.2 SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA MECÁNICA ......................................................... 43
4.2.1 Codificación ............................................................................................. 44
4.2.2 Factores de Selección ............................................................................. 44
4.3 ESTUDIO DE LAS ALTERNATIVAS NEUMÁTICAS ..................................................... 47
4.3.1 Primera Alternativa .................................................................................. 47
4.3.2 Segunda Alternativa ................................................................................ 50
4.4 SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA NEUMÁTICA ....................................................... 54
4.4.1 Codificación ............................................................................................. 54
4.4.2 Factores de Selección ............................................................................. 54
4.5 DISEÑO DE LA ALTERNATIVA MECÁNICA .............................................................. 57
4.5.1 Nomenclatura .......................................................................................... 57
4.5.2 Tanque – Abrazaderas ............................................................................ 58
ix
4.5.3 Soporte Vertical de la abrazadera delantera ........................................... 67
4.5.4 Soporte Horizontal de los Acumuladores ................................................ 69
4.5.5 Cálculo del Brazo de Sujeción del Pistón ................................................ 71
4.6 ANÁLISIS DE FALLA ESTÁTICA (TEORÍA DEL MOMENTO MÁXIMO) ........................... 78
4.6.1 Nomenclatura .......................................................................................... 78
4.6.2 Abrazadera Trasera................................................................................. 78
4.6.3 Soporte Horizontal ................................................................................... 81
4.6.4 Brazo de Sujeción del Pistón ................................................................... 82
4.6.5 Cálculo de las Placas para las Charnelas ............................................... 87
4.6.6 Cálculo del pasador de las Charnelas ..................................................... 89
4.7 ANÁLISIS DE FATIGA........................................................................................... 91
4.7.1 Nomenclatura .......................................................................................... 91
4.7.2 Abrazadera Delantera ............................................................................. 91
4.7.3 Abrazadera Trasera................................................................................. 95
4.7.4 Soporte Vertical ..................................................................................... 102
4.7.5 Soporte Horizontal ................................................................................. 105
4.7.6 Brazo de Sujeción del Pistón ................................................................. 109
4.7.7 Placas Base de las Charnelas ............................................................... 113
4.7.8 Cálculo de los pasadores de las Charnelas .......................................... 116
4.8 MODELO MATEMÁTICO ............................................................................. 120
4.9 CÁLCULO DE LA ALTERNATIVA NEUMÁTICA ......................................................... 126
4.9.1 Cálculo de los Cilindros Neumáticos ..................................................... 126
4.9.2 Cálculo del Acumulador......................................................................... 132
4.9.3 Cálculo Para la construcción del Acumulador ....................................... 133
4.9.4 Cálculo del Peso de los Acumuladores ................................................. 137
4.9.5 Relación de Torque y Transmisión para las Diferentes Combinaciones de
las Catalinas Impulsadoras e Impulsadas ........................................................ 139
x
CAPÍTULO V........................................................................................................... 149
5
ESTUDIO ECONÓMICO .................................................................................. 149
5.1 PRESUPUESTO PARA LA BICICLETA ................................................................... 149
5.2 ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS ..................................................................... 150
5.3 ANÁLISIS ECONÓMICO PARA
LA ADQUISICIÓN DE UN COMPRESOR DE ALTA PRESIÓN
158
5.3.1 Simbología ............................................................................................ 159
5.3.2 Formulario Económico ........................................................................... 159
5.3.3 Análisis de Punto de Equilibrio .............................................................. 161
CAPITULO VI.......................................................................................................... 164
6
PROTOCOLO DE PRUEBAS .......................................................................... 164
6.1 PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA LA BICICLETA IMPULSADA POR AIRE COMPRIMIDO164
6.1.1 Materiales utilizados .............................................................................. 164
6.1.2 Datos de Condiciones Ambientales ....................................................... 164
6.1.3 Datos del Equipo ................................................................................... 165
6.1.4 Datos del Combustible .......................................................................... 165
6.1.5 Datos Obtenidos en la Prueba............................................................... 166
6.1.6 Cálculos ................................................................................................. 167
6.2 PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA UNA MOTOCICLETA A GASOLINA ........................ 168
6.2.1 Medición de la Condición Ambiental...................................................... 168
6.2.2 Datos del Equipo ................................................................................... 169
6.2.3 Datos de Combustible ........................................................................... 169
6.2.4 Datos Obtenidos de la Prueba............................................................... 170
6.2.5 Cálculos ................................................................................................. 171
6.3 COMPARACIÓN
ECONÓMICA ENTRE LA MOTOCICLETA Y LA BICICLETA NEUMÁTICA
172
6.3.1 motocicleta de 125 cc (4 tiempos) ......................................................... 172
6.3.2 Bicicleta Neumática ............................................................................... 173
6.4 PROYECCIÓN DE LOS COSTOS .......................................................................... 174
6.4.1 Motocicleta ............................................................................................ 174
xi
6.4.2 bicicleta neumática ................................................................................ 175
CAPITULO 7 ........................................................................................................... 178
7
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................... 178
7.1 CONCLUSIONES ......................................................................................... 178
7.2 RECOMENDACIONES................................................................................. 179
BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 180
ANEXOS ................................................................................................................. 181
xii
INDICE GRÁFICO
PÁGINA
Capítulo II
Gráfico 2.1. Partes del Cilindro Neumático
4
Gráfico 2.2. Cilindro Neumático de Simple Efecto Normalmente en
Retracción
5
Gráfico 2.3. Cilindro Neumático de Simple Efecto Normalmente en
Expansión
5
Gráfica 2.4. Movimiento del Aire en un cilindro neumático
6
Gráfico 2.5. Cilindro de Movimiento angular
7
Gráfico 2.6. Cilindro Neumático de doble vástago
8
Gráfico 2.7. Representación de una válvula neumática
10
Gráfico 2.8. Representación de la simbología neumática
10
Gráfico 2.9. Válvula de Tres Vías y Dos Posiciones
11
Gráfico 2.10. Representación de Válvula Cinco Vías y Dos Posiciones
12
Gráfico 2.11. Válvula de Control de Presión
13
Gráfico 2.12. Mando Manual
15
Gráfico 2.13. Mando Mecánico
16
Gráfico 2.14. Montaje de Tuberías Flexibles
18
Gráfico 2.15. Adaptadores
18
Gráfico 2.16. Uniones
19
Gráfico 2.17. Codos
20
Gráfico 2.18. Tes
20
Gráfico 2.19. Tes desiguales
21
Gráfico 2.20. Racores
22
Capítulo III
Gráfico 3.1. Pregunta 1
28
Gráfico 3.2. Pregunta 2
28
Gráfico 3.3. Pregunta 3
29
xiii
Gráfico 3.4. Pregunta 4
29
Gráfico 3.5. Pregunta 5
30
Gráfico 3.6. Instalación de sistema de propulsión
30
Gráfico 3.7. Pregunta 6
31
Gráfico 3.8. Pregunta 7
31
Gráfico 3.9. Pregunta 8
32
Capítulo IV
Gráfico 4.1. Vista Isométrica de la Alternativa1
37
Gráfico 4.2. Vista lateral de la Alternativa 1
37
Gráfico 4.3. Sistema Mecánico – Neumático de Propulsión
38
Gráfico 4.4. Sistema Mecánico – Neumático de Propulsión
38
Gráfico 4.5. Vista Isométrica de la Alternativa 2
40
Gráfico 4.6. Vista Frontal de la Alternativa 2
40
Gráfico 4.7. Sistema de Propulsión Mecánico – Neumático (Resorte
estirado)
41
Gráfico 4.8. Sistema de Propulsión Mecánico – Neumático (Resorte en
estado natural)
41
Gráfico 4.9. Vista Isométrica de la Alternativa 3
43
Gráfico 4.10. Vista Frontal de la Alternativa 3
43
Gráfico 4.11. Sistema de Propulsión Mecánico – Neumático
44
Gráfico 4.12. Circuito Neumático Alternativa 1
49
Gráfico 4.13. Alimentación de Aire Comprimido Alternativa 1
49
Gráfico 4.14. Funcionamiento del Circuito Neumático
50
Gráfico 4.15. Circuito Neumático
52
Gráfico 4.16. Alimentación de Aire Comprimido
52
Gráfico 4.17. Calibración de la Válvula Reguladora de Flujo
53
Gráfico 4.18. Funcionamiento del Circuito Neumático
54
Gráfico 4.19. D.C.L tanque – abrazadera
59
Gráfico 4.20. D.C.L tanque – abrazadera (Corregido)
60
xiv
Gráfico 4.21. D.C.L. abrazadera delantera
60
Gráfico 4.22. D.C.L. abrazadera trasera
63
Gráfico 4.23. D.C.L. Tramo RH – O
64
Gráfico 4.24. D.C.L. tramo O – RD
66
Gráfico 4.25. D.C.L. Soporte vertical
68
Gráfico 4.26. D.C.L. Soporte horizontal
70
Gráfico 4.27. D.C.L. Brazo de Sujeción
73
Gráfico 4.28. D.C.L. Brazo de Sujeción
74
Gráfico 4.29. D.C.L. Tramo U – O
75
Gráfico 4.30. D.C.L. Tramo U – O (corregido)
75
Gráfico 4.31. D.C.L. Tramo O – f
77
Gráfico 4.32. D.C.L. Abrazadera trasera
79
Gráfico 4.33. Diagrama de corte
80
Gráfico 4.34. Diagrama de Momento flector
80
Gráfico 4.35. Corte de perfil para el momento de inercia
81
Gráfico 4.36. D.C.L. Soporte Horizontal junto con las jotas
82
Gráfico 4.37. Diagrama de Corte
82
Gráfico 4.38. Diagrama de Momento flector
82
Gráfico 4.39. Brazo de Sujeción del Pistón
83
Gráfico 4.40. Diagrama de Corte
84
Gráfico 4.41. Diagrama de Momento flector
84
Gráfico 4.42. Brazo de Sujeción del Pistón (eje x-z)
85
Gráfico 4.43. Diagrama de Corte
86
Gráfico 4.44. Diagrama de Momento flector
86
Gráfico 4.45. D.C.L. de la Charnela macho
88
Gráfico 4.46. D.C.L Pasador
90
Gráfico 4.47. Diagrama de Corte
90
Gráfico 4.48. Diagrama de Momento flector
91
Gráfico 4.49. Corte del perfil
93
Gráfico 4.50. Oreja de la abrazadera delantera
93
xv
Gráfico 4.51. Esfuerzos Fluctuantes
95
Gráfico 4.52. Diagrama de Goodman
95
Gráfico 4.53. Gráfico de la Abrazadera Trasera
96
Gráfico 4.54. Corte del perfil
97
Gráfico 4.55. Oreja de la abrazadera trasera
98
Gráfico 4.56. Esfuerzos Fluctuantes
100
Gráfico 4.57. Diagrama de Goodman
100
Gráfico 4.58. Esfuerzos Fluctuantes
102
Gráfico 4.59. Diagrama de Goodman
102
Gráfico 4.60. Corte del perfil
103
Gráfico 4.61. Oreja de la Abrazadera delantera
104
Gráfico 4.62. Esfuerzos Fluctuantes
105
Gráfico 4.63. Diagrama de Goodman
105
Gráfico 4.64. D.C.L. del Soporte Horizontal
106
Gráfico 4.65. Corte del perfil
107
Gráfico 4.66. Agujero del Soporte horizontal
107
Gráfico 4.67. Esfuerzos Fluctuantes
109
Gráfico 4.68. Diagrama de Goodman
109
Gráfico 4.69. Gráfico del brazo de sujeción del Pistón
110
Gráfico 4.70. Corte del perfil
110
Gráfico 4.71. Agujero del brazo de soporte del Pistón
111
Gráfico 4.72. Esfuerzos Alternantes con Inversión Completa
113
Gráfico 4.73. Diagrama de Goodman
113
Gráfico 4.74. D.C.L. de la placa base de charnela
114
Gráfico 4.75. Corte del perfil
114
Gráfico 4.76. División de la placa base de Charnela
115
Gráfico 4.77. Esfuerzos alternantes
116
Gráfico 4.78. Diagrama de Goodman
117
Gráfico 4.79. D.C.L Pasador
117
Gráfico 4.80. Sección del pasador
118
xvi
Gráfico 4.81. Esfuerzos Alternantes con Inversión Completa
119
Gráfico 4.82. Diagrama de Goodman
120
Capítulo V
Gráfico 5.1. Punto de Equilibrio
163
Capítulo VI
Gráfico 6.1. Comparación Económica entre la Motocicleta y la Bicicleta
Neumática
177
xvii
INDICE DE TABLAS
PÁGINA
Capítulo III
Tabla 3.1. Especificaciones del Equipo
34
Capítulo IV
Tabla 4.1. Selección de la alternativa
46
Tabla 4.2. Factores y Ponderaciones
46
Tabla 4.3. Ponderación
47
Tabla 4.4. Matriz de selección
47
Tabla 4.5. Solución de la matriz
47
Tabla 4.6. Selección de la alternativa Neumática
56
Tabla 4.7. Factores y Ponderaciones
56
Tabla 4.8. Ponderación
57
Tabla 4.9. Matriz de Selección
57
Tabla 4.10. Solución de la Matriz
57
Tabla 4.11. Selección de perfiles
120
Tabla 4.12. Para Obtención de Fuerza del Cilindro Neumático con
Presión de 100 Psi
128
Tabla 4.13. Para Obtención de Fuerza del Cilindro Neumático con
Presión de 80 Psi
128
Tabla 4.14. Para Obtención de Fuerza del Cilindro Neumático con
Presión de 60 Psi
129
Tabla 4.15. Para Obtención de Fuerza del Cilindro Neumático con
Presión de 40 Psi
129
Tabla 4.16. Selección del Cilindro Neumático (CONSUMO DE AIRE en
pies cúbicos por pulgada de carrera)
130
Tabla 4.17. Selección del Cilindro Neumático (Para una presión de
trabajo de 100 psi se escoge cilindro de 30 mm de diámetro)
130
Tabla 4.18. Selección del Cilindro Neumático (Para una presión de
131
xviii
trabajo de 80 psi se escoge cilindro de 32 mm de diámetro)
Tabla 4.19. Selección del Cilindro Neumático (Para una presión de
trabajo de 60 psi se escoge cilindro de 38 mm de diámetro)
131
Tabla 4.20. Selección del Cilindro Neumático (Para una presión de
trabajo de 40 psi se escoge cilindro de 46 mm de diámetro)
132
Tabla 4.21. Capacidad Útil de Tanque Dependiendo del Diámetro
135
Tabla 4.22. Espesor del Material para la Construcción de Acumulador de
Acero
135
Tabla 4.23. Espesor del Acumulador de Diámetro de 150 mm
135
Tabla 4.24. Espesor del Acumulador de Diámetro de 200 mm
136
Tabla 4.25. Espesor del Acumulador de Diámetro de 250
136
Tabla 4.26. Espesor del Acumulador de Diámetro de 300
136
Tabla 4.27. Peso del tanque
138
Tabla 4.28. Fuerza Necesaria del Cilindro Neumático
143
Tabla 4.29. Relaciones de Torque y de Transmisión
144
Tabla 4.30. Distancia Recorrida (Considerando sin inercia y relación
favorable a la fuerza necesaria)
147
Tabla 4.31. Distancia Recorrida (Considerando sin inercia y relación
favorable a la distancia recorrida)
148
Capítulo V
Tabla 5.1. Presupuesto
149
Tabla 5.2. Costos de la Compra de la Bicicleta
150
Tabla 5.3. Costo en Elementos de Inmovilización de Ejes
151
Tabla 5.4. Costos de Elementos de Sujeción
152
Tabla 5.5. Costos en la Adquisición de Gases y Aire
153
Tabla 5.6. Costos de los Elementos Neumáticos
154
Tabla 5.7. Costos de los Cilindros Neumáticos
155
Tabla 5.8. Costos de los Elementos de Suministro de Aire
156
Tabla 5.9. Costos de Ensamblaje
157
xix
Tabla 5.10. Costo del Compresor
158
Tabla 5.11. Datos Técnicos del Compresor
158
Tabla. 5.12. Costo de Mantenimiento del Compresor
161
Tabla 5.13. Depreciación Económicamente Activa
161
Tabla 5.14. Información técnica para el llenado de acumuladores de 1 m3
161
Tabla 5.15. Punto de Equilibrio para compresor de alta
162
Capítulo VI
Tabla 6.1. Condición Ambiental
164
Tabla 6.2. Datos Técnicos
165
Tabla 6.3. Costos del equipo
165
Tabla 6.4. Composición Química y Costo
165
Tabla 6.5 Proyección del Costos del Aire comprimido
166
Tabla 6.6 Datos de Funcionamiento
166
Tabla 6.7. Contaminación de Gases
166
Tabla 6.8. Niveles de Ruido
166
Tabla 6.9. Datos
167
Tabla 6.10. Resultados
168
Tabla 6.11. Condición Ambiental
168
Tabla 6.12. Datos Técnicos de la Moto
169
Tabla 6.13. Datos Técnicos de la Gasolina
169
Tabla 6.14. Historial del Precio de la Gasolina
170
Tabla 6.15. Información de Funcionamiento
170
Tabla 6.16. Emanación de Gases Tóxicos
170
Tabla 6.17. Emisión de Ruido
170
Tabla 6.18. Datos Obtenidos en la prueba
171
Tabla 6.19. Resultados
172
Tabla 6.20. Costo de una Motocicleta de 125 cc
172
Tabla 6.21. Costos Operacionales de la Motocicleta
172
Tabla 6.22. Costos para la Legalización de la Motocicleta
172
xx
Tabla 6.23. Vida útil de la Motocicleta
173
Tabla 6.24. Costo de la bicicleta neumática
173
Tabla 6.25. Costos Operacionales de la bicicleta neumática
173
Tabla 6.26. Costos de legalización de la bicicleta neumática
173
Tabla 6.27. Vida útil de la bicicleta neumática
173
Tabla 6.28. Cálculo del VAN de la Motocicleta de la 125 cc
174
Tabla 6.29. Cálculo del VAN de la bicicleta neumática
175
Tabla 6.30. Cálculo del VAN en valor actual (bicicleta neumática)
176
Tabla 6.31. Cálculo del VAN en valor actual (motocicleta)
176
xxi
INDICE DE ANEXOS
Anexo AI
“Elaboración de Encuestas”
Anexo AII
“Presentación de Resultados de las Encuestas Realizados”
Anexo B
“Simulación de la Energía del Aire Comprimido Por Unidad de Masa”
Anexo C
“Norma y Simbología Neumática”
Anexo D
“Fotografías del Prototipo”
Anexo E
“Hojas de Procesos”
Anexo F
“Planos de la Bicicleta Neumática”
Anexo G
“Planos de Montaje de la Bicicleta Neumática”
xxii
RESUMEN
El presente proyecto es el diseño y construcción de un sistema de potencia que
funciona utilizando la energía del aire comprimido, el cuál será instalado en una
bicicleta convencional.
El propósito de esta bicicleta propulsada por aire comprimido es: facilitar el transporte
de las personas, reducir la congestión en las ciudades densamente pobladas (como
lo es el Distrito metropolitano de Quito), disminuir los niveles de contaminación.
La bicicleta consta de dos acumuladores de 1 m3 cada uno, los cuales distribuyen el
fluido al circuito neumático, el cual está conformado por una válvula tres-dos de
accionamiento manual, un regulador de flujo unidireccional y una válvula cinco-dos
de palanca.
El aire comprimido llega hasta los dos cilindros neumáticos, los mismos que están
acoplados a los pedales de la bicicleta.
La bicicleta neumática prototipo así construida cumple con los objetivos y
expectativas planteadas respecto a su funcionamiento, transportando a los usuarios
de un lugar a otro es forma segura.
El proyecto concluye con un análisis económico del precio del aire comprimido en
caso de adquirir un compresor de alta presión, y la comparación económica entre la
bicicleta neumática y una motocicleta a gasolina de 125 centímetros cúbicos.
xxiii
PRESENTACIÓN
No se puede decir que la utilización del aire comprimido como fuente de energía y
locomotriz sea una tecnología de reciente aparición. En realidad, a finales del siglo
XIX ya existían prototipos propulsados por aire comprimido en lo que a
transportación pública se refiere.
En la actualidad se está buscando otras alternativas de energía, por lo cual la
utilización de aire comprimido para impulsar vehículos es una idea valedera.
Este tipo de proyectos no han sido desarrollados en el país, no se realizan
investigaciones por parte de las universidades que son las llamadas a llevar cabo
este tipo de proyectos, mucho menos lo hace la empresa privada.
La bicicleta propulsada por aire comprimido propuesta en este proyecto tiene la
finalidad de contribuir con la disminución de la contaminación ambiental e impulsar
una nueva forma de transportación y de energía en el país.
1
CAPITULO I
1 GENERALIDADES
1.1
DESCRIPCIÓN GENERAL
La bicicleta está conformada por dos tanques de almacenamiento llenos de aire
comprimido a alta presión, el cual será utilizado como la energía de propulsión.
El circuito neumático cuenta con válvulas y accesorios que sincronizarán la acción
de los cilindros neumáticos, los cuales estarán acoplados al sistema de
desplazamiento.
1.1.1
VENTAJAS
•
El sistema neumático no es contaminante, ya que su fuente de
energía es el aire comprimido.
•
El aire es abundante, transportable, almacenable.
•
Se puede deshacer o reciclar los depósitos de aire comprimido con
menos contaminación que las baterías.
•
El tanque puede ser de ser llenado más rápido que recargar una
batería.
•
El aire no es inflamable, y por tanto es menos peligroso que el
hidrógeno, la gasolina, el diesel.
2
1.1.2
DESVENTAJAS
•
A altas presiones la adquisición de aire comprimido resulta costoso.
•
Los acumuladores de alta presión resultan ser muy pesados, lo que
dificulta su transporte.
•
Si el aire comprimido no es debidamente tratado antes de ser
utilizado
puede
causar
herramientas neumáticas.
graves
daños
en
las
máquinas
y
3
CAPITULO II
2 MARCO TEÓRICO
2.1. AIRE COMPRIMIDO
2.1.1
AIRE
El aire es un fluido, el cual se encuentra en la naturaleza en forma de gas, por esta
razón el aire puede ser adquirido con mucha facilidad y gracias a sus propiedades
físicas puede ser comprimido.
Un inconveniente del aire es que lleva consigo impurezas como polvo atmosférico y
humedad, estas impurezas son perjudiciales para los elementos y dispositivos
neumáticos, por lo que deben ser controladas adecuadamente.
2.1.2
VAPOR DE AGUA
El vapor de agua es una fase en la que interactúan dos estados vapor y líquido,
estas coexisten en equilibrio.
La presencia de vapor de agua en el proceso de compresión de aire es inevitable,
debido a las condiciones de presión y temperatura existentes en los tanques de
almacenamiento, por esta razón se debe someter el aire comprimido a un proceso de
secado antes de ser utilizado.
2.2 CILINDROS NEUMÁTICOS
Un cilindro neumático es un elemento que realiza movimientos rectilíneos,
transforma la energía del aire comprimido en energía mecánica, producida por la
presión del fluido que actúa sobre la superficie del embolo del cilindro.
Un cilindro neumático cuenta con las siguientes partes principales:
1. Émbolo.
2. Tubo cerrado.
3. Vástago.
4. Tapa delantera.
4
5. Tapa trasera.
6. Cámara positiva.- Es la carrera de avance.
7. Cámara negativa.- Es la que se encuentra en la carrera de retroceso.
Gráfico 2.1. Partes del Cilindro Neumático
2.2.1
TIPOS DE CILINDROS N
NEUMÁTICOS
En el mercado existen
xisten un sin número de cilindros neumáticos, entre los más
conocidos se encuentran los siguientes:
•
Cilindros de simple efecto.
•
Cilindros de doble efecto.
•
Cilindro de movimiento angular.
•
Cilindros telescópicos.
•
Cilindro de membrana.
•
Cilindros gemelos o de doble vástago.
•
Cilindros tándem y triples.
•
Cilindros alternativos.
•
Cilindro de impacto.
5
2.2.1.1 Cilindro de Simple
imple Efecto
En este tipo de cilindros la presión del aire comprimido sobre la superficie se realiza
en un solo sentido, para que el cilindro regrese a su posición inicial necesita la acción
de otra fuerza, ya sea su propio peso o la fuerza de un muelle interno.
Estos cilindros se dividen en:
•
Normalmente en retracción.
•
Normalmente en extensión.
2.2.1.1.1 Normalmente en Retracción
La carrera útil de este tipo de cilindro se produce al la salida o extensión del vástago.
Gráfico 2.2. Cilindro Neumático de Simple Efecto Normalmente en Retracción
2.2.1.1.2 Normalmente en Expansión
Este en cambio se utiliza para halar, es decir la carrera útil es de retracción.
Gráfico 2.3. Cilindro Neumático de Simple Efecto Normalmente en Expansión
6
2.2.1.2. Cilindro de Doble Efecto
El cilindro cuenta con dos lumbreras la
las cuales trabajan de manera
nera alternada, es
decir, por una de ellas ingresa el aire comprimido, éste desplazará el émbolo,
mientras que por la otra lumbrera escapará el aire facilitando que el émbolo se
deslice.
Gráfica 2.4. Movimiento del Aire en un cilindro neumático
2.2.1.3. Cilindro de Movimiento Angular
El cilindro de movimiento angular transforma el desplazamiento lineal del émbolo,
émbolo
producido por la acción del aire comprimido
comprimido, en un movimiento de rotación.
rotación
Los ángulos
los de giro más utilizados son de 120º, 180º, 270º y 360º.
El ángulo de rotación depende de la longitud de carrera.
La transformación del movimiento lineal a rotacional puede ser e
efectuada
fectuada de las
siguientes maneras:
•
Por un conjunto de piñón y cremallera.
•
Por una cadena.
•
Por una rosca.
7
Gráfico 2.5. Cilindro de Movimiento angular
2.2.1.4. Cilindros Telescópicos
Estos cilindros están formados por dos o más cilindros de diámetros progresivos, que
actúan cada uno como si se tratase de cilindros individuales y cada uno calza
exactamente dentro del diámetro inmediato superior. Por su complejidad este tipo de
cilindros resultan sumamente costosos por lo que no es muy común su uso.
2.2.1.5. Cilindro de Membrana
Está constituido de una membrana de goma dura, tensa que está situada entre dos
láminas metálicas curvadas (abombadas). El vástago como en lo
los
s demás casos se
encuentra en medio del émbolo.
Debido a su constitución se trata de un cilindro muy sencillo, diseñado para
distancias muy cortas (hasta 50 mm.),
), esta es la razón por la que su campo de
aplicación es muy reducido.
2.2.1.6. Cilindros Gemelos o de Doble Vástago
Se trata de un cilindro que cuenta con dos vástagos del mismo diámetro, uno
opuesto al otro, los dos están acoplados al mismo émbolo. El cilindro tiene dos
lumbreras por donde
onde ingresa o sale el aire comprimido dependiendo del sentido de
movimiento.
8
Gráfico 2.6. Cilindro Neumático de doble vástago
2.2.1.7. Cilindros tándem y triples
El vástago tiene dos émbolos que duplican la fuerza de un cilindro normal, la ventaja
de este
te cilindro es que la fuerza que necesita para retor
retornar
nar es mucho menor que la
que requiere al salir, lo cual permite ahorrar energía (cantidad de aire comprimido).
2.2.1.8. Cilindro Alternativo
Los cilindros alternativos no requieren de válvulas externas
externas,, pues se pueden
conectar directamente a la línea de aire comprimido, pues lo
los elementos de mando
están incorporados en el cabezal del cilindro
cilindro.
Este tipo de cilindros son muy utilizados en la industria química y alimenticia.
2.2.1.9. Cilindros de Impacto
Los cilindros trabajan a choque utilizando la energía cinética desarrollada
desarroll
por el
émbolo que desplaza all vástago a gran velocidad, esto se logra gracias a que la
presión va aumentando en el depósito hasta que el aire pasa rápidamente al cilindro.
El movimiento
iento del cilindro puede dar como resultado que la fuerza de impacto sea
200 veces la de un cilindro normal a la misma presión, y puede alcanzar velocidades
de hasta 7(m/s).
2.3
VÁLVULAS NEUMÁTICAS
Las válvulas neumáticas son dispositivos que regulan la pres
presión,
ión, caudal y dirección
del aire comprimido a través de los elementos neumáticos y tuberías (rígida o
flexible), por otra parte actúan como amplificadores o reductores de la potencia
neumática.
9
El tamaño de las válvulas se especifica por medio de las medidas de las lumbreras,
por ejemplo: la válvula de ½ in. tendrá lumbreras roscadas para conectarse
interiormente a un tubo de ½ in.
Las válvulas se clasifican por: su funcionalidad, la forma de accionamiento,
comportamiento aerodinámico y su construcción, aunque esta última es de menor
importancia.
Las válvulas por su función se dividen en:
•
Válvulas de control direccional.
•
Válvulas de control de presión.
•
Válvulas de control de caudal.
•
Válvulas de bloqueo.
•
Válvulas de cierre.
La clasificación según su forma de acondicionamiento es la siguiente:
•
Mando manual.
•
Mando mecánico.
•
Mando por solenoide.
•
Pilotadas.
2.3.1
VÁLVULAS POR SU FUNCIÓN
2.3.1.1. Válvulas de Control Direccional
Las válvulas de control direccional permiten, que con un rápido movimiento se
interrumpa, desvíe o deje pasar el flujo de aire.
Las válvulas de control direccional se clasifican de la siguiente manera:
•
Válvula de dos vías.
•
Válvula de tres vías y dos posiciones.
•
Válvula de cuatro vías y dos posiciones.
•
Válvula de cinco vías y dos posiciones.
•
Válvula de cuatro vías y tres posiciones.
10
2.3.1.1.1 Simbología
El símbolo de la válvula consta de un cuadrado en el que se señalan el número de
lumbreras y los pasos del fluido, la variación de cada una de las posiciones se indica
con un cuadro adyacente con los pasos correspondientes. La posición normal (no
accionada) se indica con una línea fuera del cuadrado, y el paso del fluido se señala
por medio de una flecha dentr
dentro
o del cuadro, como se puede ver a continuación.
P o s i c i ó n
d e
l a
v á l v u l a
F l u j o
d e
a i r e
c o m p r i m i d o
V a r i a c i ó n
d e
l a
p o s i c i ó n
( 2
p o s i c i o n e s )
L u m b r e r a
Gráfico 2.7. Representación de una válvula neumática
A la anterior simbología se añade un código de letras a las lumbreras, el cual se
muestra a continuación:
P = Entrada de presión (admisión).
E = Escape.
A = Salida principal (primera salida)
B = Salida secundaria (segunda salida).
Nota: A la entrada de aire comprimido también se la representa con un círculo y un
punto en el centro, mientras que el empalme entre una salida y un conducto
(Tubería), se lo hace
ace con un triángulo.
Gráfico 2.8. Representación de la simbología neumática
Nota: La norma se encuentra en el ANEXO C
11
2.3.1.1.2 Válvula de Tres Vías y Dos P
Posiciones
La válvula cuenta con una lumbrera de entrada de aire y otra de salida,
adicionalmente tiene un tercer orificio para la descarga del fluido, a este se le conoce
como escape.
En la posición normalmente cerrada, la válvula interrumpe el suministro de aire (1),
mientras la salida (3) se conecta con la lumbrera (2) para que el flujo de aire pase.
pase
En la posición normalmente abierta, la lumbrera de escape (3) se bloquea, con lo
cual, la lumbrera de entrada (1) y la lumbrera 2 se conectan y dan paso al flujo de
aire.
Gráfico 2.9
2.9. Válvula de Tres Vías y Dos Posiciones
2.3.1.1.3 Válvulas Cinco Vías y Dos Posiciones
Consta de una lumbrera de entrada (1) y de dos salidas, una principal (2) y una
secundaria (4),
para ser utilizadas con dos escapes o descargas (3 y 5)
respectivamente.
En la posición uno, el aire pasa por 1 hacia 4, mientras que la lumbrera 2 está
conectada con el escape 3.
En la segunda posición, la lumbrera de entrada de aire 1 se conecta con 2, mientras
4 se conecta con el escape 5.
12
Gráfico 2.10.. Representación de Válvula Cinco Vías y Dos Posiciones
2.3.1.2
Válvulas de Control
ol d
de Presión
Estas válvulas, son utilizadas para limitar el nivel máximo de presión admisible.
(válvula de seguridad).
La válvula está constituida de la siguiente la manera:
1. Mando regulador.
2. Muelle.
3. Diafragma de caucho.
4. Admisión de alta presión.
5. Descarga a presión reducid
reducida.
6. Muelle de retorno.
7. Vástagos.
8. Arandela sintética en la caja metálica.
13
Gráfico 2.11
2.11. Válvula de Control de Presión
2.3.1.2.1 Funcionamiento
Cuando el muelle se encuentra comprimido la válvula se encuentra abierta,
abierta no existe
presión.
Cuando
uando la presión actúa en el extremo de salida y esta fuerza ejercida en el
diafragma supere la resistencia del muelle, la válvula se abre y deja pasar el flujo de
aire.
El muelle puede ser calibrado para reducir o aumentar la presión efectiva de salida.
Las válvulas de control de presión se clasifican de la siguiente manera:
•
Válvulas de regulación de presión.
•
Válvulas limitadoras de presión.
•
Válvulas de secuencia.
14
2.3.1.2.2 Válvulas de Regulación de Presión
Esta tiene como finalidad mantener la presión constante, sin importar las
fluctuaciones que se presenten en el sistema. En las válvulas reguladoras de
presión, la presión de entrada debe ser siempre superior a la de salida.
2.3.1.2.3 Válvulas Limitadoras de Presión
Estas válvulas no permiten que la presión en el sistema supere al valor máximo
admisible, al llegar a la presión máxima permitida, la salida se abre y deja escapar el
aire al exterior. Por esta razón son utilizadas como válvulas de seguridad.
2.3.1.3 Válvulas de Control de Caudal
Estas son válvulas de estrangulación o restricción, es decir controlan el flujo de aire
comprimido, tienen una gran versatilidad, ya que permite la regulación del aire en
ambos sentidos.
Estas válvulas se clasifican en:
•
Válvulas de estrangulación constante.
•
Válvulas de estrangulación variable.
•
Válvulas de función combinada.
2.3.1.3.1 Válvulas de Estrangulación Constante
Las válvulas de control de caudal, de estrangulación constante se dividen en:
a. Válvulas de estrangulación
En este tipo de válvulas, la longitud del segmento de estrangulación es mayor
que su diámetro.
b. Válvula de restricción de Tubería
En esta válvula sucede todo lo contrario, es decir, que el tramo de
estrangulación es menor que su diámetro.
2.3.1.3.2 Válvulas de Estrangulación Variable
Este tipo de válvulas permite regular el caudal.
15
2.3.1.3.3 Válvulas de función Combin
Combinada
Este tipo de válvulas combinan
mbinan varias funciones, por ejemplo: la función de retención
y la función de no retorno,
válvula de estrangulamiento con la retención
independiente, etc.
2.3.2
2.3.2.1
VÁLVULAS POR SU FORM
FORMA DE ACONDICIONAMIENTO
Mando Manual
Las válvulas de mando manual, se activan, al aplicar sobre ellas una fuerza humana.
humana
Entre las más utilizadas tenemos: válvulas generales, pulsadores, palanca y pedal.
Estas válvulas son utilizadas en circuitos sencillos y con pocas repeticiones en el
ciclo.
Gráfico 2.12. Mando Manual
16
2.3.2.2 Mando Mecánico
Se activan al aplicar directamente sobre ellas un esfuerzo mecánico. Entre estas
tenemos: tipo leva, muelle y rodillo.
Estas válvulas se deben
n activar por medio de una máquina o mecanismo.
Gráfico 2.
2.13. Mando Mecánico
A las válvulas mecánicas y manuales se las conoce también como válvulas
análogas.
2.3.2.3 Mando Neumático
Las válvulas de accionamiento neumático pueden ser activadas por la acción del aire
comprimido en ambos sentidos.
Las válvulas pueden ser act
activadas, por lo general, con una presión menor a la del
sistema.
Estas se clasifican en:
a. Acondicionamiento Neumático directo.
directo.- Es decir que el flujo de aire circula
directamente por la válvula.
b. Acondicionamiento Neumático Indirecto o por Pilotaje.
Pilotaje.- En esta el aire
entra a la válvula de servo pilotaje, la que activa el mando principal.
principal
2.4 TUBERÍA
La distribución del aire comprimido se la puede realizar por medio de tuberías, estas
pueden ser de goma, plástico o metal.
17
La tubería flexible (mangueras de goma y plástico), son utilizadas cuando a lo largo
de la instalación se requiera de varios cambios de dirección, como por ejemplo,
curvas, codos, tes. Pero se debe poner mucha atención a las recomendaciones del
fabricante, con respecto a las presiones que estas pueden soportar.
La tubería rígida, es utilizada cuando las presiones de trabajo son bajas.
Para elegir de forma correcta las tuberías se debe tener en cuenta los siguientes
parámetros:
•
Presión de trabajo, nominal y máxima.
•
Pérdidas de presión admisible.
•
Variación de la presión de trabajo debido a oscilaciones.
•
Temperatura de trabajo del aire comprimido y del medio ambiente.
•
Esfuerzos externos sobre la conducción, como por ejemplo, torsiones,
vibraciones, etc.
•
Distancia entre conexiones.
•
Velocidad del aire comprimido.
•
Caudal.
2.4.1. MONTAJE DE TUBERÍAS FLEXIBLES
Para evitar pérdidas innecesarias y alargar la vida de las tuberías se debe seguir los
siguientes pasos:
1. Evitar las curvas y codos de pequeños diámetros, pues originan pérdidas de
presión debido a las curvaturas y estrangulación.
2. Intentar que las distancias entre conexiones sean cortas.
3. No dejar que las tuberías estén sometidas a torsión ni completamente rectas.
4. Cuando la tubería es corta, las conexiones pueden estar sometidas a
esfuerzos transversales, esto traer graves problemas, como por ejemplo: la
disminución de la estanqueidad.
5. Es recomendable que la tubería cuelgue verticalmente, a que esté en posición
horizontal.
18
Gráfico 2.14
2.14. Montaje de Tuberías Flexibles
2.5 UNIONES Y ACCESORIOS NEUMÁTICOS
Los acoples y los terminales son dispositivos de fácil montaje y desmontaje que
q
permiten asegurar el paso de aire comprimido entre los diferentes elementos
neumáticos que conforman el circuito neumático.
2.5.1
ADAPTADORES
Los adaptadores son elementos que permiten la unión entre extremos roscados de
distinto diámetro.
En el mercado existen dos tipos de adaptadores: macho y hembra. El adaptador
macho es utilizado para conectar la tubería (rígida o flexible) con un cilindro o una
válvula, en cambio el adaptador hem
hembra
bra se enrosca directamente con la tubería.
A d a p t a d o r
M a c h o
A d a p t a d o r
Gráfico 2.15. Adaptadores
H e m b r a
19
2.5.2
UNIONES
Las uniones son utilizadas para acoplar tuberías del mismo diámetro.
Las uniones pueden ser:
tabiques.- Son utilizadas para unir tuberías en los orificios de un
a. Unión Pasa tabiques.
bloque
oque o un panel, que son fijados por medio de una tuerca. Los extremos
pueden ser de doble macho o doble hembra.
Los pasa tabiques también son utilizados para unir dos tuberías.
b. Uniones Rectas.- Sirven para acoplar elementos neumáticos sin la necesidad
de utilizar tubería.
U n i ó n
U n i ó n
R e c t a
P a s a
T a b i q u e
Gráfico 2.16. Uniones
2.5.3
CODOS
Los codos son acoples rígidos de 45º y 90º.
Estos son utilizados para evitar
curvaturas en la tubería, especialmente cuando estas son de grandes diámetros, y
cuando el espacio es limitado.
Sin embargo las pérdidas en este accesorio son mayores que en una curvatura
suave (curvatura de amplio radio) en la tubería.
Gráfico 2.17. Codos
20
2.5.4
TES
Las tes permiten acoplar una tercera tubería a la línea de distribución de aire
comprimido.
Existen dos tipos de tes:
a. Tes Iguales.- Cuando las tres lumbreras de este elemento neumático son del
mismo diámetro.
Gráfico 2.18. Tes
b. Tes desiguales.- Cuando dos de las tres lumbreras son del mismo diámetro.
Gráfico 2.19. Tes desiguales
21
2.5.5
UNIONES PARA TUBERÍA FLEXIBLE
Los dispositivos neumáticos para tubería flexible, son en espiral para evitar que
debido a la presión las uniones se zafen.
Sin embargo los nuevos racores son de fácil montaje y desmontaje. Este nuevo
diseño se basa en la estanqueidad y se monta por la simple presión de la mano.
Para la desconexión, basta con una ligera presión sobre el anillo (2) para
contrarrestar la acción del bloqueo (5), en secuencia el cierre (4), facilitando la
extracción de la tubería.
Las uniones cuentan con las siguientes partes:
1. El tubo (no es parte del dispositivo neumático).
2. Anillo elástico.
3. Junta tórica.
4. Dientes de cierre.
5. Bloqueo.
1
2
5
4
3
R a c o r e s
R á p i d o s
Gráfico 2.20. Racores
2.5.6
SILENCIADORES
Los silenciadores amortiguan las vibraciones y ruidos, que se producen en el sistema
de distribución debido al escape de aire. Estos dispositivos se colocan directamente
en los escapes de herramientas y elementos neumáticos.
Básicamente un silenciador está formado por una malla cónica, con una gran área de
salida, con lo que se disminuye la presión de retroceso, lo que origina la disminución
del ruido y las vibraciones.
22
2.6 MANÓMETROS
Los manómetros miden la diferencia entre la presión absoluta y la presión
atmosférica. La suma de presión atmosférica y la manométrica se denomina presión
absoluta.
2.7 COMPRESORES DE AIRE
El compresor es una máquina que absorbe el aire del medio ambiente, eleva su
presión y lo envía a un tanque de almacenamiento, la presión se eleva reduciendo el
volumen específico del aire.
La capacidad real de un compresor es menor que el volumen desplazado, debido a
las siguientes razones:
•
Caída de presión en la succión.
•
Calentamiento del aire de entrada.
•
Expansión del gas retenido en el volumen muerto.
•
Fugas internas y externas.
2.7.1
TIPOS DE COMPRESORES
En el mercado existen varios tipos de compresores, dependiendo de las necesidades
y características de trabajo, entre los cuales tenemos:
•
De pistón.
•
De membrana.
•
De paletas deslizantes.
•
Rotativos de tornillo.
•
Rotativos Roots.
•
Axial.
•
Radiales.
23
2.7.1.1
Compresor de Pistón
Son los de uso más difundido, la compresión del aire se efectúa por el movimiento
alternativo de un pistón accionado por un mecanismo de biela-manivela.
Este funciona de la siguiente forma:
En la carrera descendente se abre la válvula de admisión y el cilindro se llena de
aire, se cierra la válvula de admisión, la carrera ascendente comprime el aire, y sale
por la válvula de descarga.
El campo de utilización de estos compresores va desde 50 a 25.000 m3/h de
capacidad y presiones desde 2 a 2.000 bares.
2.8
TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE AIRE COMPRIMIDO
Las funciones principales del depósito son:
•
Obtener una considerable acumulación de energía para afrontar “picos” de
consumo que superen la capacidad del compresor.
•
Contribuir al enfriamiento del aire comprimido y la disminución de su
velocidad, actuando así como separadores de condensado y aceite
provenientes del compresor.
•
Amortiguar las pulsaciones originadas en los compresores, sobre todo en los
alternativos.
•
Permitir la regulación del compresor compensando las diferencias entre el
caudal generado y el consumido, los cuales normalmente trabajan con
regímenes diferentes.
Su capacidad dependerá de las características de la demanda del aire en la red. Esta
puede ser:
24
•
Constante
•
Intermitente
•
Instantánea
Los accesorios mínimos que deberá incluir son:
•
Válvula de seguridad
•
Manómetro
•
Grifo de purga
•
Boca de inspección
La Válvula de seguridad debe ser regulada a no más de un 10% por encima de la
presión de trabajo y deberá poder descargar el total del caudal generado por el
compresor. Deberá contar además con un dispositivo de accionamiento manual para
poder probar periódicamente su funcionamiento.
También se deberá instalar un regulador de presión que permita independizar la
presión de trabajo del compresor de aquella con la que operan los sistemas de
regulación (normalmente de 4 a 6 bares).
Los tanques de almacenamiento deben estar lo más cerca posible del compresor
para evitar efectos de pulsaciones en la tubería.
25
CAPITULO III
3 PREFACTIBILIDAD
3.1 ESTUDIO DE MERCADO
Por medio del estudio de mercado se podrá obtener información sobre la oferta y
demanda existente en el mercado nacional, así como algunas especificaciones
técnicas.
También permitirá tener una idea clara del segmento de mercado al que el producto
estará dirigido.
3.1.1
ELABORACIÓN DE LAS ENCUESTAS
3.1.1.1 Propósito de las Encuestas
Las encuestas fueron realizadas a personas de 15 años de edad en adelante,
domiciliadas en la ciudad de Quito.
La encuesta servirá para confirmar o desechar
la existencia del problema en la transportación pública y el interés que la gente tenga
en la utilización de un medio de transporte ecológico y económico, como una
bicicleta impulsada por aire comprimido.
La encuesta también tiene la finalidad de dar a conocer a las personas, de un
proyecto innovador y revolucionario en el Ecuador y sobre todo en la ciudad de Quito
en lo referente a la transportación.
3.1.1.2
Descripción de la encuesta
La encuesta consta de 8 preguntas (Ver Anexo AI).
La encuesta abarca las siguientes preguntas:
¿Tiene problemas al transportarse de un lugar a otro en la ciudad de Quito?
¿Estaría dispuesto a trasladarse a su lugar de trabajo o estudio en una bicicleta?
¿Dispone usted de una bicicleta?
26
SI DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a instalar en esta un sistema
de propulsión que facilite su trasporte?
SI NO DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a adquirir una bicicleta?
SI SU RESPUESTA ANTERIOR ES AFIRMATIVA:
Instalaría el sistema
No instalaría el sistema
de Propulsión
de propulsión
Cuál es la distancia aproximada que recorre diariamente:
Cuanto tiempo se demora en ir a su destino
Su edad está entre los….……
La mayor parte de la encuesta tiene preguntas de afirmación o negación, mientras
que la parte restante tiene preguntas de opción múltiple, las preguntas pretenden ser
objetivas, rápidas y de fácil entendimiento.
Se realizaron 51 encuestas desde el 20 de octubre 2008 hasta el 24 de octubre
2008.
3.1.1.3 Personas Encuestadas
Se realizaron las encuestas a personas desde los 15 años en adelante.
Las encuestas fueron realizadas en varios sectores de la ciudad de Quito, como por
ejemplo: la plaza grande, en el centro comercial CCI, en la Escuela Politécnica
Nacional, la Universidad Central del Ecuador y en el colegio Luis Fidel Martínez. (Ver
tabla de las personas encuestadas Anexo AII).
27
3.1.2
PROCESAMIENTO DE DAT
DATOS OBTENIDOS EN LAS ENCUESTAS
3.1.2.1 Despliegue de Resultados
1. ¿Tiene problemas al transportarse de un lugar a otro en la ciudad de Quito?
Pregunta #1
80,00%
60,00%
40,00%
20,00%
0,00%
Sí
No
Gráfico 3.1. Pregunta 1
2. ¿Estaría dispuesto
a trasladarse a su lugar de trabajo o estudio en una
bicicleta?
Pregunta #2
49%
51%
Gráfico 3.2. Pregunta 2
Sí
No
28
3. ¿Dispone usted de una bicicleta?
Pregunta #3
80,00%
70,00%
60,00%
50,00%
40,00%
30,00%
20,00%
10,00%
0,00%
Sí
No
Gráfico 3.3. Pregunta 3
4. SI DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a instalar en esta un
sistema de propulsión que facilite su trasporte?
Pregunta #4
80,00%
70,00%
60,00%
50,00%
40,00%
30,00%
20,00%
10,00%
0,00%
Sí
No
Gráfico 3.4. Pregunta 4
29
5. SI NO DISPONE DE UNA BICICLETA
¿Estaría dispuesto a adquirir una
bicicleta?
Pregunta #5
80,00%
70,00%
60,00%
50,00%
40,00%
30,00%
20,00%
10,00%
0,00%
Sí
No
Gráfico 3.5. Pregunta 5
SI SU RESPUESTA ANTERIOR ES AFIRMATIVA:
Instalaría
el
sistema
No instalaría
de
el sistema
Propulsión
de propulsión
Sistema de Propulsión
90,00%
80,00%
70,00%
60,00%
50,00%
40,00%
30,00%
20,00%
10,00%
0,00%
Si intalarían
No instalarían
Gráfico 3.6
.6. Instalación de sistema de propulsión
30
6. Cuál es la distancia aproximada que recorre diariamente:
Pregunta 6
Número de Personas
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Hasta 10 km
De 11 a 20 km
Más de 20 km
Distancia Recorrida (km)
Gráfico 3.7. Pregunta 6
La distancia que recorren las personas diariamente fue medida en un mapa plano
guía de Quito, (ver
ver tabla de datos en el anexo AII
AII).
7. Cuanto tiempo se demora en ir a su destino
Pregunta #7
37,00%
36,00%
35,00%
34,00%
33,00%
32,00%
31,00%
30,00%
29,00%
28,00%
hasta 30 minutos
31 minutos a
1hora
mas de 1 hora
Gráfico 3.8. Pregunta 7
31
8. Su edad está entre los….……
Pregunta #8
100,00%
80,00%
60,00%
40,00%
20,00%
0,00%
Hasta 25 años
26 a 35 años
hasta 36 años
Gráfico 3.9. Pregunta 8
3.1.3
ANÁLISIS DE RESULTAD
RESULTADOS
¿Tiene problemas al transportarse en la ciudad de Quito?
El 67.67% de las personas encuestadas tienen problemas de trasporte,
trasporte las causas
que provocan el descontento de las personas se debe a las congestiones vehiculares
que se dan en las horas pico, otra de las cau
causas
sas es el maltrato a los que están
expuestos en el transporte público.
Se
e ha demostrado la insatisfacción de la gente frente al transporte
transporte,, por lo cual queda
justificada la necesidad de buscar e implementar un nuevo medio de transporte
dentro de la ciudad de Quito.
¿Estaría dispuesto a trasladarse a su lugar de trabajo o estudio en una
bicicleta?
El 51% de las personas estarían dispuestas a movilizarse dentro de la cuidad en una
bicicleta, y un 49% no lo estarían, la razón es que cuidad la de Quito presenta una
descripción geográfica muy especial debido a la existencia de iinnumerables
nnumerables cuestas
que complican el trasladarse de un lugar a otro dentro de la ciudad, pero la mayoría
32
coincide que la distancia que deben trasladarse diariamente no les permitiría
transportarse en un bicicleta.
¿Dispone usted de una bicicleta?
El 71% de las personas encuestadas señalaron que cuentan con una bicicleta, la
cual usan por diversión.
¿Estaría dispuesto a instalar en ésta un sistema de propulsión que facilite su
trasporte?
De las personas que contaban con una bicicleta el 75% instalarían un sistema de
propulsión, que en este caso se trata de uno aire comprimido, la finalidad de esta
pregunta era averiguar si el producto tendría aceptación en el mercado, se puede ver
que la gente estaría dispuesta a incorporar este sistema de propulsión, el cual les
resultaría más económico ya que cuentan con la bicicleta. Esto podría generan una
nueva fuente de trabajo en la ciudad y posiblemente en todo el país.
Si no dispone de una bicicleta ¿Estaría dispuesto a adquirir una bicicleta?
El 29% de las personas encuestadas no tienen bicicleta, pero de este porcentaje
más de la mitad estaría dispuesto en adquirirlo una, de estos el 80% estaría
dispuesto a implementar el sistema de propulsión o en su defecto adquirir la bicicleta
con el sistema de propulsión ya incorporado, se concluye entonces que existe un
gran mercado en el que se podría incursionar.
Cuál es la distancia aproximada que recorre diariamente
El propósito de esta pregunta es investigar la distancia promedio que una persona se
traslada frecuentemente. Los resultados arrojaron que el 79% de los encuestados se
trasladan aproximadamente 20 km en el día, por lo tanto el vehículo debería tener
por lo menos una autonomía de 25 km.
Su edad está entre los:
El producto tendría una mayor acogida en la gente de 15 a 25 años de edad
33
3.2 RESTRICCIONES DEL MEDIO
Las restricciones que el medio pueda presentar, limitan de forma considerable las
posibilidades de desarrollo, en nuestro país existen varias de estas limitaciones.
Para el desarrollo del presente trabajo existen las siguientes restricciones.
3.2.1
ECONÓMICAS
La restricción más importante es la económica, ya que la gente no cuenta con
suficientes recursos económicos, el principal objetivo es el diseño y construcción de
un producto sencillo, seguro y económicamente accesible, para esto se va a utilizar
materia prima existente en el mercado nacional y evitar en lo posible la importación,
con lo cual disminuirá ostensiblemente los costos de producción.
3.2.2
TECNOLÓGICAS
Esta restricción provoca que en el mercado local exista dificultad para obtener
algunos de los componentes que forman parte del sistema de movimiento, como
por ejemplo: acumuladores, cilindros neumáticos.
3.3 ESPECIFICACIONES DEL EQUIPO
Debido a que al principio se estableció comercializar el equipo a nivel local, es
importante que las especificaciones de este, estén acorde a las necesidades del
medio, como son las condiciones geográficas de la sierra ecuatoriana (ver Anexo
AII, pregunta 2), la distancia de desplazamiento y la población meta, el equipo debe
tener las siguientes características:
Especificaciones Técnicas
Unidad
Autonomía de desplazamiento
Entre 11 y 20 kilómetros
Velocidad del Equipo
Entre: 20 y 30 km/h
Precio
Hasta: 800 USD
Tabla 3.1. Especificaciones del Equipo
34
CAPÍTULO IV
4
FACTIBILIDAD
4.1 ESTUDIO DE ALTERNATIVAS MECÁNICAS
4.1.1
PRIMERA ALTERNATIVA
La primera alternativa está constituida por dos cilindros neumáticos de doble efecto,
estos cilindros se encuentran a los lados de la bicicleta, es decir, un cilindro está
ubicado al lado derecho mientras el otro al lado izquierdo.
También consta de dos acumuladores, ubicado de la misma forma que los cilindros
neumáticos.
Los pedales son modificados para ensamblarlos con los vástagos de los cilindros, los
mismos que transmitirán el movimiento a la catalina frontal, la cual transformará el
movimiento lineal del vástago en un movimiento rotacional que impulsará la bicicleta.
Los elementos pueden ser construidos en un taller que cuente con máquinas y
herramientas básicas, con excepción de las válvulas, la tubería flexible, los cilindros
neumáticos, los acumuladores y la bicicleta, estos serán adquiridos en el mercado
local.
35
4.1.1.1 Ventajas
•
Esta alternativa utiliza el sistema de catalinas originales de la bicicleta para
disminuir la fuerza necesaria de movimiento, disminuyendo el diámetro
necesario de los cilindros neumáticos, el consumo de aire disminuye
proporcionalmente al diámetro del actuador.
•
Las maquinas y herramientas que se necesitan para construir los elementos
son muy accesibles en nuestro medio y no se necesitan de máquinas de gran
precisión.
•
Los materiales a utilizarse en la construcción de los componentes se
encuentran fácilmente en el mercado local y son económicos.
•
El movimiento de traslación con el sistema de doble cilindro es más uniforme,
y permite mayor control, seguridad y comodidad en su conducción.
•
El costo de manufactura del sistema mecánico es bajo.
4.1.1.2 Desventajas
•
Necesita dos cilindros neumáticos lo cual incrementa el costo.
•
Utiliza un circuito neumático más complejo, lo que se traduce en más
dispositivos.
36
Gráfico 4.1. Vista Isométrica de la Alternativa1
Gráfico 4.2. Vista lateral de la Alternativa 1
37
Gráfico 4.3. Sistema Mecánico – Neumático de Propulsión
Gráfico 4.4. Sistema Mecánico – Neumático de Propulsión
38
4.1.2
SEGUNDA ALTERNATIVA
En la segunda alternativa el sistema motriz está conformado de un solo cilindro
neumático, en el cual la cadena de la bicicleta está conectada directamente al
vástago del cilindro neumático, mientras el otro extremo de la cadena se encuentra
enlazado con un resorte.
El resorte inicialmente se encuentra en su estado natural y el actuador se encuentra
extendido, al introducir aire comprimido, el émbolo es empujado hacia el otro extremo
del cilindro, lo cual produce que el vástago ingrese y hale la cadena, elongando el
muelle, al finalizar la acción del aire comprimido, el resorte hala la cadena obligando
que el actuador retorne a su posición inicial.
Esto produce el movimiento rotacional en la catalina posterior, la misma que
impulsará a la bicicleta, de igual manera esta alternativa también cuenta con dos
acumuladores a los costados de la bicicleta.
4.1.2.1 Ventajas
•
El circuito neumático es simple, por lo tanto el costo disminuye.
4.1.2.2 Desventajas
•
El cilindro neumático debe ser de gran diámetro, dado que esta alternativa
elimina el sistema de catalinas.
•
El movimiento de traslación no es uniforme, ya que el movimiento se produce
por acciones intermitentes por parte del actuador.
•
La alternativa consta de un muelle especial, que no oponga demasiada
resistencia al cilindro neumático pero que almacene en su elongación la
energía necesaria para extender de nuevo el actuador, este resorte no es
muy fácil conseguir en el mercado local.
•
La fuerza desarrollada por el cilindro neumático puede causar arranques
violentos, en consecuencia producir accidentes.
39
Gráfico 4.5. Vista Isométrica de la Alternativa 2
Gráfico 4.6. Vista Frontal de la Alternativa 2
40
Gráfico 4.7. Sistema de Propulsión Mecánico – Neumático (Resorte
estirado)
Gráfico 4.8. Sistema de Propulsión Mecánico – Neumático (Resorte en
estado natural)
41
4.1.3
TERCERA ALTERNATIVA
En esta alternativa se cuenta con un cilindro rotativo, instalado en la parte trasera de
la bicicleta, cuyo embolo giratorio lleva montado un engranaje conductor en contacto
con un engranaje conducido construido para ser montado en el eje de la llanta
trasera y así producir el movimiento rotacional necesario en la llanta.
La catalina, la cadena y los pedales son sustituidos por completo por el engranaje,
que será el encargado de transmitir el torque a la rueda posterior para iniciar con el
movimiento de traslación. De igual manera que las anteriores alternativas cuenta
con dos tanques de almacenamiento de aire comprimido.
4.1.3.1
•
Ventajas
Circuito neumático simple por lo cual los costos a nivel neumático disminuyen.
4.1.3.2 Desventajas
•
El cilindro rotativo al superar los 120º en su ángulo de giro disminuye
considerablemente su eficiencia, además el engranaje debería ser muy
grande para disminuir el torque necesario y superar la inercia.
•
La construcción de engranajes es muy costosa, además necesita de un
tratamiento térmico para elevar su vida útil.
•
La catalina de la bicicleta no realiza trabajo cuando gira al lado contrario, por
lo que en el retorno del cilindro rotacional, se desperdicia aire comprimido.
42
Gráfico 4.9. Vista Isométrica de la Alternativa 3
Gráfico 4.10. Vista Frontal de la Alternativa 3
43
Gráfico 4.11. Sistema de Propulsión Mecánico – Neumático
4.2
SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA MECÁNICA
Para una adecuada selección de la alternativa se consideran los siguientes
parámetros:
Seguridad.- Este parámetro está basado en la uniformidad del desplazamiento que
el sistema mecánico – neumático proporciona a la bicicleta, por esta razón la primera
alternativa es la más segura, pues al tener dos cilindros neumáticos el movimiento es
más uniforme, mientras que las dos siguientes alternativas presentan un movimiento
más brusco e irregular.
Costo.- Como es de conocimiento general para que un proyecto llame la atención de
la gente, este debe ser económico.
En este caso la segunda alternativa resulta ser la de menor costo en comparación
con las otras dos y la tercera alternativa resulta ser la más costosa debido a que el
cilindro neumático utilizado es especial y además necesita de un proceso de
fabricación de engranajes.
44
Funcionalidad.- En este caso se refiere a la eficiencia de la bicicleta propulsada por
aire comprimido. La primera alternativa resulta ser la más eficiente, ya que cuenta
con dos cilindros de pequeño diámetro lo cual reduce el consumo de aire. Como ya
se mencionó la tercera alternativa es de menor eficiencia, ya que desperdicia aire
para que el cilindro rotativo regrese a su posición inicial.
Peso.- El peso está directamente relacionado con la funcionalidad, ya que se debe
considerar que al aumentar el peso se requiere mayor fuerza por parte de los
cilindros neumáticos para realizar el mismo trabajo, por lo tanto la primera alternativa
es la más adecuada, pues los cilindros son relativamente pequeños gracias al
sistema de cambios que proporcionan las catalinas.
Las otras alternativas no poseen el sistema de cambios por lo que utilizan un solo
cilindro neumático de gran diámetro, por lo que su peso total se incrementa.
Facilidad de construcción.- La segunda alternativa resulta la más simple de
construir, pues solo se debe comprar los componentes y montarlos en la bicicleta.
La tercera opción requiere de la construcción de engranajes, realización de
tratamientos térmicos, por lo que se necesitan máquinas de precisión, además se
deben tomar en cuenta tolerancias para su montaje, convirtiéndola en la opción más
complicada.
A continuación se presenta la tabla de ponderación en orden de importancia:
4.2.1
CODIFICACIÓN
A. Primera Alternativa.
B. Segunda Alternativa.
C. Tercera Alternativa.
4.2.2
FACTORES DE SELECCIÓN
I.
Seguridad.
II.
Costo.
III.
Funcionalidad
IV.
Peso.
V.
Facilidad de construcción.
45
Los factores para la selección de la alternativa están enumerados en orden de
importancia en forma descendente.
Para la ponderación se utilizará una escala del 1 – 100, es decir, la mejor alternativa
en un determinado factor tendrá una puntuación de 100 puntos.
Alternativas
Factores
A
B
C
Seguridad
100
70
70
Costo
70
100
50
Funcionalidad
100
80
50
Peso
100
90
50
Facilidad de Construcción
80
100
40
Sumatoria de Ponderación
450
440
260
Tabla 4.1. Selección de la alternativa
Conclusión:
Por los valores obtenidos la alternativa seleccionada es la primera.
4.2.2.1 Ponderación de los Factores de Selección
Factores
Ponderación
Seguridad
35
Costo
25
Funcionalidad
20
Peso
10
Facilidad de Construcción
10
Sumatoria de Ponderación
100
Tabla 4.2. Factores y Ponderaciones
46
4.2.2.2 Matriz de Selección de la Alternativa Mecánica
Factor
I
Alternativas
II
III
IV
V
Ponderación
A
100
70 100 100
80
35%
I
B
70
100 80
90
100
25%
II
C
70
50
50
40
20%
III
∑
240 220 230 240 220
10%
IV
10%
V
50
Tabla 4.3. Ponderación
Factor
Alternativas
I
II
III
IV
V
Ponderación
A
0,417 0,32 0,43 0,42 0,364
0,35
I
B
0,292 0,45 0,35 0,38 0,455
0,25
II
C
0,292 0,23 0,22 0,21 0,182
0,20
III
0,10
IV
0,10
V
∑
1
1
1
1
1
Tabla 4.4. Matriz de selección
Solución:
A
0,39
B
0,37
C
0,24
Tabla 4.5. Solución de la matriz
Conclusión:
Con la matriz se confirma que la primera alternativa es la más adecuada.
47
4.3 ESTUDIO DE LAS ALTERNATIVAS NEUMÁTICAS
Una vez seleccionada la alternativa mecánica, se analizarán las alternativas
neumáticas que mediante un circuito permitirán el movimiento sincronizado de los
actuadores.
A continuación se presentan las alternativas neumáticas:
4.3.1
PRIMERA ALTERNATIVA
La alternativa cuenta con dos cilindros neumáticos, se utilizará una válvula cinco –
dos de accionamiento neumático, la cual distribuirá el aire a los dos actuadores.
La válvula cinco – dos será accionada por aire comprimido proveniente de la salida
de cada una de las dos válvulas tres-dos de accionamiento mecánico por rodillo.
El circuito también cuenta con una válvula reguladora de flujo unidireccional para
controlar el caudal del aire comprimido que llegará a los cilindros neumáticos y así
prevenir la arranque violenta de la bicicleta.
Una válvula tres – dos accionada manualmente sirve como interruptor para iniciar el
funcionamiento del circuito neumático, así como para detenerlo, esta se encarga de
permitir el paso del aire desde los tanques de aire comprimido hacia el circuito.
Debido a que los tanques de almacenamiento tienen una presión interna de
aproximadamente 2000 psi (138 bares), se utilizarán válvulas reguladoras de presión
para cada uno de los acumuladores, y así obtener la presión de trabajo.
Esta alternativa es completamente automática, lo único que el conductor puede
controlar es el flujo de aire y el paso del mismo al circuito.
4.3.1.1
•
Desventaja
Debido al número de dispositivos y accesorios neumáticos, el costo es
elevado.
•
Para detener la bicicleta se deberá primero cortar el flujo de aire y luego
aplastar los frenos.
48
Gráfico 4.12. Circuito Neumático Alternativa 1
Gráfico 4.13. Alimentación de Aire Comprimido Alternativa 1
49
Gráfico 4.14. Funcionamiento del Circuito Neumático
50
4.3.2
SEGUNDA ALTERNATIVA
Esta alternativa utilizará una válvula cinco – dos de accionamiento manual y de
retorno con resorte, para distribuir el aire comprimido a los cilindros neumáticos.
La válvula cinco – dos es alimentada directamente desde la válvula controladora de
flujo unidireccional, la cual está conectada con una válvula tres – dos de
accionamiento manual, esta última actúa como interruptor de inicio y apagado del
circuito neumático.
El circuito también cuenta con una válvula reguladora de flujo unidireccional para
controlar el caudal del aire comprimido que llegará a los cilindros neumáticos y así
prevenir el arranque violento de la bicicleta.
Debido a que los tanques de almacenamiento tienen una presión interna de
aproximadamente 2000 psi (138 bares), se utilizarán válvulas reguladoras de presión
para cada uno de los acumuladores, y así obtener la presión de trabajo.
4.3.2.1 Ventajas
•
Debido a la disminución del número de dispositivos neumáticos, disminuye
también el número de accesorios neumáticos, por esta razón el costo se
reduce.
•
Esta alternativa manual no requiere cortar por completo el flujo de aire al
circuito, tan solo basta con dejar de accionar la palanca de la válvula cinco –
dos para detener el flujo de aire que alimenta a los actuadores neumáticos.
4.3.2.2 Desventajas
•
El funcionamiento no es automático.
51
Gráfico 4.15. Circuito Neumático
Gráfico 4.16. Alimentación de Aire Comprimido
52
Gráfico 4.17. Calibración de la Válvula Reguladora de Flujo
53
Gráfico 4.18. Funcionamiento del Circuito Neumático
54
4.4
SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA NEUMÁTICA
Para una adecuada selección de la alternativa se considerarán los siguientes
parámetros:
Seguridad.- El grado de seguridad está determinado por la rapidez con la que se
puede cortar el paso de aire a los cilindros neumáticos antes de frenar, por esta
razón la segunda alternativa es la más segura, pues la válvula cinco – dos
es
operada manualmente por el conductor, por lo que tiene mayor control del flujo de
aire que llega a los actuadores neumáticos.
Costo.- Este parámetro depende de la cantidad de dispositivos y accesorios
neumáticos. La segunda alternativa resulta ser la más económica, debido a que el
circuito neumático es más sencillo que el de la primera alternativa.
Funcionalidad.- Al ser la primera alternativa automática sería la más funcional, pues
no requiere de la acción del conductor, en cambio en la segunda alternativa este
debe accionar el paso de aire a los cilindros neumáticos continuamente.
Facilidad de montaje.- Al tener un menor número de dispositivos neumáticos existe
una mayor facilidad para ubicar dichos elementos en la bicicleta, por esta razón la
segunda alternativa resulta ser más sencilla para el montaje.
A continuación se presenta la tabla de ponderación en orden de importancia:
4.4.1
CODIFICACIÓN
A. Primera Alternativa.
B. Segunda Alternativa.
4.4.2
FACTORES DE SELECCIÓN
I.
Seguridad.
II.
Costo.
III.
Funcionalidad
IV.
Facilidad de montaje.
Los factores para la selección de la alternativa neumática están enumerados en
orden de importancia en forma descendente.
55
Para la ponderación se utilizará una escala de 1 – 100, es decir, la mejor alternativa
en un determinado factor tendrá una puntuación de 100 puntos.
Alternativas
Factores
A
B
Seguridad
50
100
Costo
70
100
Funcionalidad
100
50
Facilidad de Montaje
60
100
280
350
Sumatoria de Ponderación
Tabla 4.6. Selección de la alternativa Neumática
Conclusión
Debido a que la segunda alternativa obtuvo un mayor puntaje, es la alternativa
neumática seleccionada.
4.4.2.1 Ponderación de los Factores de Selección
Factores
Ponderación
Seguridad
35
Costo
30
Funcionalidad
20
Facilidad de Construcción
15
Sumatoria de Ponderación
100
Tabla 4.7. Factores y Ponderaciones
56
4.4.2.2 Matriz de Selección de la Alternativa Neumática
Factor
I
II
III
IV
Ponderación
A
50
70
100
60
35%
I
B
100
100
50
100
30%
II
∑
150
170
150
160
20%
III
15%
IV
Alternativa
Tabla 4.8. Ponderación
Factor
I
II
III
IV
Ponderación
A
0,33
0,41
0,67
0,38
0,35
I
B
0,67
0,59
0,33
0,63
0,3
II
∑
1
1
1
1
0,2
III
0,15
IV
Alternativa
Tabla 4.9. Matriz de Selección
Solución:
A
0,43
B
0,57
Tabla 4.10. Solución de la Matriz
Conclusión:
Con la matriz se confirma que la segunda alternativa es la más conveniente.
57
4.5 DISEÑO DE LA ALTERNATIVA MECÁNICA
4.5.1
NOMENCLATURA
P = Peso del acumulador.
W = Peso de la válvula reguladora de presión.
H = La mitad del peso de una persona promedio.
RD = Reacción de la abrazadera trasera sobre el acumulador.
RT = Reacción de la abrazadera delantera sobre el acumulador.
L = Longitud total del tanque.
a = Longitud desde RT hasta RD.
b = Longitud desde P hasta RD.
c = Longitud desde RD hasta W.
u = distancia entre RT y H.
x = Longitud de RD hasta O.
y = Distancia de O a RHx.
z = Longitud del soporte horizontal.
Esfuerzo de corte.
Ac = Área de tornillo.
F.S. = Factor de seguridad.
Syc = Resistencia de fluencia crítica del perno.
Syt = Resistencia de fluencia del perno.
Sy = resistencia de fluencia del material.
Esfuerzo a la tracción.
Esfuerzo de empuje.
d = Diámetro del perno.
AN = Área neta del perfil.
Aperf = Área del perfil
Aaguj = Área del agujero.
AE = Área de empuje.
58
n = número de pernos.
t = espesor del perfil.
4.5.2
TANQUE – ABRAZADERAS
4.5.2.1 Diagrama de cuerpo libre Tanque – Abrazadera
P
W
c
H
u
b
a
R
R
D
Gráfico 4.19. D.C.L tanque – abrazadera
Datos:
W = 2.2 lbs.
P = 11 lbs.
H = 90 lbs.
a = 11,62 in.
b = 5.81 in.
c = 7,58 in.
u = 3,84 in.
Σ 0
0
2,2 11 90
103,2 103,2 22,81
126,01 .
Σ
!
0
" " # " $ " % 0
"
"$"%
#
T
59
11 " 5,81 2,2 " 7,58 90 " 3,84 )*
11,62 )*
22,81 .
La Fuerza RD se encuentra al sentido contrario.
R
D
P
W
H
R
Gráfico 4.20. D.C.L tanque – abrazadera (Corregido)
4.5.2.2 Abrazadera Delantera
4.5.2.2.1 Diagrama de cuerpo libre de la Abrazadera Delantera
RT
RT
Gráfico 4.21. D.C.L. abrazadera delantera
a) Calculo del Perno
- ./012
+,
./012 345
. 3.
345 0.6 " 34
T
60
1
El perno es un SAE grado 8, con un Sy = 180 kpsi.
345 0.6 " 180
345 108 67)
Se utilizará un factor de seguridad de 2.0.
./012 108
2.0
./012 54 67)
- +,
./012
+5 8
126,01 0,00233 )*9
54000
:)*9
; " <9
+5 4
<=
4 " 0.00233
;
< 0.0545 )*
3> [email protected]# # A><)<# >?#*<#B Aá $>B$#*#
b) Cálculo de la abrazadera delantera
1
)*
4
- ./012
+D
./012 34
. 3.
El material a ser utilizado es un acero de bajo porcentaje de carbono, con una
resistencia a la fluencia de 36 kpsi.
Para este cálculo se utilizará un factor de seguridad de 2.0.
1
Nota: El valor de la resistencia de fluencia para el cálculo de los pernos, se lo obtuvo del Manual de Diseño
Mecánico de Shigley, (Pag16).
61
34
. 3.
36
18 67)
2
./012 ./012
- +D
./012
+D 8
126,01 0,007)*9
18000 :)*9
+D +EFG +1HIJ
+EFKG +D +1HIJ
+1HIJ * " <1HIJFKL " ?
<1HIJFKL 1 1 3
)*
4 8 8
Se asume un espesor de perfil de 3/16 in. Y se utilizará un solo perno para asegurar
la abrazadera.
3 3
9
+1HIJ 1 " "
)*9
8 16 128
9
+EFKG 0.007 128
+EFKG 0.077 )*9
El perfil seleccionado es un platina de M:N " O:MP QR.
+EFKG 0.094 )*9
(Área del perfil)
2
c) Comprobación del perfil seleccionado (efecto de empuje)
- . /
+
34
36
18 67)
. 3. 2.0
8
. /
. / +S
+ 8
2
126,01 0.007 )*9
18000
:)*9
Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-102
62
+ * " <1HIJ " ?
+9 1 "
3 3
"
0.035 )*9
16 16
Como AE2 > AE1 el perfil seleccionado es la platina de 1:4 " 3:16 )*.
4.5.2.3
Abrazadera Trasera
4.5.2.3.1 Diagrama de cuerpo libre de la Abrazadera
RHx
RHy
RD
y
O
x
Gráfico 4.22. D.C.L abrazadera trasera
Datos
x = 4,74 in.
y = 2,68 in.
Σ4 0
T4 0
T4 22,81 ΣUVU 0
" W TX " 0
TX 40,34 63
A. Tramo RH – O
RHx
RHy
O
NO
MO
VO
Gráfico 4.23. D.C.L. Tramo RH – O
ΣY 0
T4 ZU 0
ZU 22,81 .
ΣD 0
TX [U 0
[U 40,34 ΣU 0
TX " L 0
U 108,12 )*
La abrazadera será sujetada en el perno de la llanta posterior.
3
<\FK]L )*
8
a) Cálculo de la abrazadera Trasera (Tramo RH – O)
T4
- ./012
+D
./012 34
. 3.
El material a ser utilizado es un acero de bajo porcentaje de carbono, con una
resistencia a la fluencia de 36 kpsi.
64
Para este cálculo se utilizará un factor de seguridad de 2.0.
36
18 67)
2
22,81
+D 8
0.001267 )*9
18000
:)*9
./012 +D +EFG +1HIJ
+EFKG +D +1HIJ
+1HIJ * " <1HIJFKL " ?
<1HIJFKL 3 1 1
8 8 2
Se asume un espesor de perfil de 3/16 in. Y se utilizará un solo perno para asegurar
la abrazadera.
1 3
3
+1HIJ 1 " "
)*9
2 16 32
3
+EFKG 0.001267 32
+EFKG 0.095 )*9
El perfil se trata de una platina de 3:4 " 3:16 )*.
+EFKG 0,141 )*9
3
b) Comprobación del perfil seleccionado (efecto de empuje)
T4
- . /
+
34
36
18 67)
. 3. 2.0
22,81 8
0.00127 )*9
18000
:)*9
. / +S
+9 * " <1HIJ " ?
1 3
3
+9 1 " "
)*9
2 16 32
+9 0.0937 )*
3
Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-102
65
Como AE2 > AE1 la selección de la platina es la adecuada
B. Tramo O – RD
RD
MO
O
NO
VO
Gráfico 4.24. D.C.L. tramo O – RD
Σ^ 0
ZU 0
ZU 22,81 ΣUVU 0
" W L 0
U 108,12 )*.
a) Calculo del Perno
2K155_ó]
- ./012
+,
345 0.6 " 34
El perno es un SAE grado 8, con un Sy = 180 kpsi.
345 0.6 " 180
345 108 67)
Se utilizará un factor de seguridad de 2.0.
./012 108
2.0
./012 54 67)
Se asumirá que RD es la fuerza de tracción, aunque en realidad se conoce que esta
es mucho menor.
66
+5 8
22,81 0,000422 )*9
54000
:)*9
<a
b"cd
e
< 0.023 )*
Se utilizará perno de 1:4 )*, denominación SAE grado 8.
b) Cálculo de la abrazadera (Tramo O – RD)
2K155_ó]
- ./012
+D
./012 34
. 3.
El material a ser utilizado es un acero de bajo porcentaje de carbono, con una
resistencia a la fluencia de 36 kpsi.
Para este cálculo se utilizará un factor de seguridad de 2.0.
36
18 67)
2
22,81 +D 8
0,000422 )*9
18000
:)*9
./012 +D +EFG +1HIJ
+EFKG +D +1HIJ
+1HIJ * " <1HIJFKL " ?
<1HIJFKL 1 1 3
)*
4 8 8
Se asume un espesor de perfil de 3/16 in. Y se utilizará un solo perno para asegurar
la abrazadera.
3 3
9
+1HIJ 1 " "
)*9
8 16 128
9
+EFKG 0,000422 128
+EFKG 0,0707 )*9
La platina es de 1:2 " 3:16 )*.
67
+EFKG 0,094 )*9
4
c) Comprobación del perfil seleccionado (efecto de empuje)
+ 8
- . /
+
22,81 0,000422 )*9
18000
:)*9
+ * " <1HIJ " ?
3 3
9
+ 1 " "
0.0703 )*9
8 16 128
Como AE2 > AE1 la selección de la platina es la adecuada
Conclusión
Debido a que el tramo RH – O tiene un agujero mayor, el perfil seleccionado es la
platina de 3:4 " 3:16 )*.
4.5.3
SOPORTE VERTICAL DE LA ABRAZADERA DELANTERA
4.5.3.1 Diagrama de cuerpo de Libre
Ms
Vs
Ns
d
RT
Gráfico 4.25. D.C.L. Soporte vertical
Datos
< 8,07 )*
4
Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-102
68
ΣY 0
Zf 0
Zf 126,01 ΣfVf 0
f 0 .
El diámetro del perno es el mismo que para la abrazadera delantera.
1
<\FK]L )*
4
a) Cálculo del Soporte Vertical
- ./012
+D
El material a ser utilizado es un acero de bajo porcentaje de carbono, con una
resistencia a la fluencia de 36 kpsi.
Para este cálculo se utilizará un factor de seguridad de 2.0.
36
18 67)
2
126,01 +D 8
0,007 )*9
18000
:)*9
./012 +EFKG +D +1HIJ
+1HIJ * " <1HIJFKL " ?
<1HIJFKL 1 1 3
)*
4 8 8
Se asume un espesor de perfil de 3/16 in. Y se utilizará un solo perno para asegurar
la abrazadera.
3 3
9
+1HIJ 1 " "
)*9
8 16 128
9
+EFKG 0.007 128
+EFKG 0,0773 )*9
El perfil seleccionado es la platina de 1/2 * 3/16 in.
69
+EFKG 0.094 )*9
5
Comprobación del perfil seleccionado (efecto de empuje)
- . /
+
Sj
36
18 kpsi
F. S. 2.0
126,01 8
0.007 )*9
18000
:)*9
.σh / +S
+9 * " <1HIJ " ?
3 3
9
+9 1 " "
8 16 128
+9 0,0703 )*9
Como AE2 > AE1 el perfil seleccionado es la platina de 1:2 " 3:16 )*.
4.5.4
SOPORTE HORIZONTAL DE LOS ACUMULADORES
V
V
L
N
N
L
o
R
R
Gráfico 4.26. D.C.L. Soporte horizontal
ΣY 0
Zf Zp 0
Zf Zp
2Zf
(Por simetría)
2 " 126,01
252,02 5
Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-102
S
S
70
El diámetro del perno que sujetará al soporte horizontal está limitado por el agujero
ya existente en la estructura de la bicicleta.
<\FK]L 3
)*
16
a) Calculo del Perno
- ./012
+,
345 0.6 " 34
El perno es un SAE grado 4, con un Sy = 100 kpsi.
345 0.6 " 100
345 60 67)
Se utilizará un factor de seguridad de 2.0.
60
2.0
./012 ./012 30 67)
Se asumirá que RR es la fuerza de tracción, aunque en realidad se conoce que esta
es mucho menor.
+5 8
252,02 0,0084 )*9
30000
:)*9
<a
b"cd
e
< 0,103 )*
El perno de
q
Sr
)* es suficiente para sostener al soporte horizontal, pero para mayor
fijación se utilizarán dos Jotas de ¼ in de diámetro y 15 mm de longitud.
b) Cálculo del Soporte Horizontal
- ./012
+D
./012 34
. 3.
71
El material a ser utilizado es un acero de bajo porcentaje de carbono, con una
resistencia a la fluencia de 36 kpsi.
Para este cálculo se utilizará un factor de seguridad de 2.0.
36
18 67)
2
252,02 +D 8
0,014 )*9
18000
:)*9
./012 +EFKG +D +1HIJ
+1HIJ * " <1HIJFKL " ?
<1HIJFKL 3 1 1
)*
8 8 2
Se asume un espesor de perfil cuadrado de 1/2 in. Y se utilizará un solo perno para
asegurar la abrazadera.
1 1 1
" 4 2 8
1
0,014 8
+1HIJ +EFKG
+EFKG 0,139 )*9
El perfil cuadrado sólido adecuado es de 3:8 )* , con un área de 0,1406 in2. 6
Para la construcción se utilizará un perfil cuadrado sólido de 1:2 )*, este cuenta con
un área de 0,25 in2.
4.5.5
CÁLCULO DEL BRAZO DE SUJECIÓN DEL PISTÓN
4.5.5.1 Nomenclatura
FP = Fuerza del pistón
RU = Reacción de la tuerca sobre el brazo.
MU = Momento.
WP = Peso del Pistón.
Re = Reacción del remache sobre el brazo.
m = Distancia entre O y FP.
6
Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-101
72
j = Distancia entre O y WP.
f = Distancia entre O y e.
g = Distancia entre O y U.
4.5.5.2 Diagrama de Cuerpo Libre
FP
m
R Uy
Ej e y
o
g
R Ux
Ej e x
Gráfico 4.27. D.C.L. Brazo de Sujeción
El diagrama de cuerpo libre del brazo soporte está dibujado en vista latera.
Datos:
FP = 100 lbs.
WP = 5 lbs.
m = 1,73 in.
f = 13,7 in.
g = 15,35 in.
Solución
sX 0
\ tX 0
R vw 100 lbs.
ΣU 0
\ " A I4 " z 0
I4 \ " A
z
73
I4 100 " 1,73 )*
15,35 )*
I4 11,283 W
R
P
Uz
g
Ej e
o
z
R
f
R
Ej e
U
Ux
ez
x
Gráfico 4.28. D.C.L. Brazo de Sujeción
El diagrama de cuerpo libre del brazo soporte está dibujado en vista Superior.
Σ{ 0
\ t{ F{ 0
F{ \ t{
F{ 5 41,515
F{ 46,515 .
ΣU 0
F{ " | t{ " z 0
}W R v€  " f R v€ " g 0
t{ t{ „\ " |
| z
5 " 13,7)*
13,7 15,35)*
t{ 41,515 .
74
A. Tramo U – O
RUz
o
M0
RUx
Rox
U
Roz
Rez
Gráfico 4.29. D.C.L. Tramo U – O
Σ{ 0
U{ F{ t{ 0
U{ F{ t{
U{ 46,515 41,515
U{ 5 RUz
Roz
o
M0
e
Rox
Rex
RUx
Rez
Gráfico 4.30. D.C.L. Tramo U – O (corregido)
ΣX 0
IX UX 0
IX UX
UX 100 ΣU 0
U F{ " | t{ " z 0
U 46,515 " 13,7)* 41.515 " 15,35 )*
U 0 )*.
U
75
a) Cálculo del Brazo de Sujeción
tX
- ./012
+D
./012 34
. 3.
El material a ser utilizado es un acero de bajo porcentaje de carbono, con una
resistencia a la fluencia de 36 kpsi.
Para este cálculo se utilizará un factor de seguridad de 2.0.
./012 36
18 67)
2
tX
- +D
./012
+D 8
100 8 0.0056 )*9
18000
:)*9
+D +EFG +1HIJ
+EFKG +D +1HIJ
+1HIJ * " <1HIJFKL " ?
Se asume un espesor de perfil de 3/16 in.
3
<\FK]L )*
8
3 1 1
<1HIJFKL 8 8 2
1 3
3
+1HIJ "
2 16 32
3
+EFKG 0.0056 32
+EFKG 0,099 )*9
El perfil es una platina 3:4 " 3:16
+EFKG 0.141 )*9
7
(Área del perfil seleccionado) 7
Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-102
76
b) Comprobación del perfil seleccionado (efecto de empuje)
tX
- . /
+S
. / 34
36
18 67)
. 3. 2.0
+S 8 +9
+S 8
100 8 0.0056 )*9
18000
:)*9
+9 * " <1HIJ " ?
1 3
3
+9 1 " "
2 16 32
+9 0.094 )*9
Como +S 8 +9 el perfil seleccionado es el adecuado.
B. Tramo O – Fp
FP
m
Rox
M0
o
Roz
ΣX 0
R …w F† 100 lbs.
E
- ./012
+D
34
. 3.
36
18 67)
2
./012 ./012
Gráfico 4.31. D.C.L. Tramo O – f
77
\
- +D
./012
100 8 0.0056 )*9
18000
:)*9
Platina 1:4 " 3:16
+D 8
+EFKG 0.047 )*9
(Área del perfil seleccionado)8
Conclusión:
Como el tramo U – O es el más crítico por el agujero, el perfil seleccionado es la
platina 3:4 " 3:16.
8
Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-102
78
4.6
ANÁLISIS DE FALLA ESTÁTICA (TEORÍA DEL MOMENTO
MÁXIMO)
4.6.1
NOMENCLATURA
‡áX Esfuerzo normal máximo.
Mmáx = Momento flector máximo.
Sxx = Módulo elástico de sección en el eje X – X (in3).
I = Momento de inercia.
C = Distancia del eje neutro a la fibra superior exterior de un perfil.
t = Espesor del perfil.
4.6.2
ABRAZADERA TRASERA
RHx
RHy
RD
MO
VO
NO
NO
NO
MO
VO
22,81lbs.
ZU 22,81 lbs.
T4 22,81 lbs.
[U 40,343 lbs.
TX 40,343 lbs.
MO = 108,12 lbs – in.
Gráfico 4.32. D.C.L. Abrazadera trasera
79
4.6.2.1 Diagrama Cortante
4 0 , 3 4 3
l b s
A 2
4 0 , 3 4 3
l b s
22 ,8 1
A 1
2 2, 81
lbs
Gráfico 4.33. Diagrama de corte
4.6.2.2 Diagrama Momento Flector
108,12 lbs-in
(-)
(-)
108,12 lbs-in
Gráfico 4.34. Diagrama de Momento flector
‡áX 108,12 )*
./012 24000 : 9
)*
lb s
80
‡áX ‡áX
- ./012
3XX
Se asumirá un factor de seguridad de 1,5
3XX 8
108,12 )*
0,0045 )*q
24000
:)*9
’
“
3XX 8
d
t
3XX
‡áX
./012
Gráfico 4.35. Corte de perfil para el momento de inercia
Para una sección rectangular en la base
“?
’
”"2 •
q
< " ?9
3
Si ? 3:16 in.
3 " 3XX
<
?9
3XX <
3 " 169 " 0,0045
0,384 )*
39
+EFKG ? " <
+EFKG 3
" 0,284
16
+EFKG 0,072 )*9
La platina seleccionada es de O:– " O:MP QR, con un +EFKG 0,141 )*9 .
9
Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-102
9
81
4.6.3
SOPORTE HORIZONTAL
VL
VS
NS
NL
o
l
m
RJ1
n
RJ2
Gráfico 4.36. D.C.L. Soporte Horizontal junto con las jotas
Datos:
V˜ 126,01 .
V™ 126,01 .
Solución:
Σ4 0
V˜ V™ R šS R š9 0
R šS R š9 126,01 lbs
4.6.3.1
Diagrama Cortante
A2
A1
(-)
(+)
126,01 lbs
126,01 lbs
126,01 lbs
Gráfico 4.37. Diagrama de Corte
4.6.3.2 B. Diagrama del Momento flector
A2
A1
(-)
(-)
890.9 lbs-in
Gráfico 4.38. Diagrama de Momento flector
82
‡áX 890,9 )*
3XX 8
‡áX
890,9 )*
8
0,0371 )*q
./012 24000 : 9
)*
Para una sección cuadrada en la base ’ 3XX ?<
?q
3
”›
q
? •œ3 " 3XX
? œ3 " 0,0379 0,484 )*
•
+EFKG < 9
+EFKG 0,4849
+EFKG 0,234 )*9
El perfil cuadrado seleccionado es de M:N QR. Con un área de 0,2500 in2.
4.6.4
10
BRAZO DE SUJECIÓN DEL PISTÓN
4.6.4.1 Brazo de Sujeción (eje x-y)
FP
RUy
Rox
o
o
M0
Rox
Roy
Roy
Eje y
Eje x
\ 100 .
Gráfico 4.39. Brazo de Sujeción del Pistón
LX 100 .
10
Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-101
RUx
U
83
tX 100 L4 11,283 t4 11,283 4.6.4.1.1 Diagrama Cortante
1 00
l bs
A 1
( + )
1 1 ,2 8 3
1 0 0
1 1, 2 83
l b s
A 2
l bs
( - )
Gráfico 4.40. Diagrama de Corte
4.6.4.1.2 Diagrama del Momento Flector
( +)
1 7 3 , 1 9
l b s- in
( - )
1 7 3 ,1 9
lb s-i n
Gráfico 4.41. Diagrama de Momento flector
‡áX 173,19 )*
3XX 8
3XX 8
‡áX
./012
173,19 )*
0,007216 )*q
24000
:)*9
lb s
84
Si ? 3:16 in.
Para una sección rectangular
<
<
3 " 3XX
?9
’
”"2 •
q
3 " 169 " 0,007216
0,615 )*
39
+EFKG ? " <
+EFKG 3
" 0,615
16
+EFKG 0,115 )*9
La platina es de 3:4 " 3:16 )*, con un área de 0,141 in2.
4.6.4.2
11
Brazo de Sujeción del Pistón (eje x-z)
WP
RUz
Roz
o
M0
RUx
Rox
Roz
Rez
Eje z
Eje x
Gráfico 4.42. Brazo de Sujeción del Pistón (eje x-z)
LX 100 .
tX 100 L{ 5 11
Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-102
U
85
E 5 .
F{ 46,515 t{ 41,515 d = 16,25 in.
4.6.4.2.1 Diagrama Cortante
5 lbs
A3
5 lbs
5 lbs
(+)
A1(+)
5 lbs
A2 (-)
41,515 lbs
Gráfico 4.43. Diagrama de Corte
4.6.4.2.2 Diagrama del Momento Flector
(+)
68,5 lbs-in
8,65 lbs-in
(-)
68,5 lbs-in
Gráfico 4.44. Diagrama de Momento flector
‡áX 68,5 )*
86
3XX 8
68,5 )*
0,002854 )*q
24000
:)*9
Para sección rectangular con eje de momento en la base ’ “<
”• "2
q
3 " 3XX
<9
3 " 0,002854
?
16,259
?
+EFKG ? " <
+EFKG q
Sr
" 0,4871
+EFKG 0,091 )*9
La platina resultante es 1:2 " 3:16 )*, con un área de 0,094 in2.
12
Conclusión
El perfil que se va a utilizar para la construcción es la platina de O:– " O:MP QR.
12
Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-101
87
4.6.5
CÁLCULO DE LAS PLACAS PARA LAS CHARNELAS
4.6.5.1 Placa de la Charnela Macho
4.6.5.1.1 Diagrama de cuerpo libre
F
A
F
A
B
C
F
B
C
D
F
D
Gráfico 4.45. D.C.L. de la Placa Base de la Charnela macho
Se asume que cada agujero tracciona con una fuerza de 25 lbs. Debido a que cada
anillo soporta una fuerza de 50 lbs, estos anillos se encuentran en el medio de dos
perforaciones.
5
)*
16
36
18 67)
2
<cHIJ ./012
c
- +D
./012
+D 8
25 8 0.00139 )*9
18000 :)*9
+EFKG +D +1HIJ
+1HIJ * " <1HIJFKL " ?
88
Se asume un espesor de perfil de 3/16 in.
+1HIJ 4 "
5 3
"
0,234 )*9
16 16
+EFKG 0,234 0,00139
+EFKG 0,236 )*9
El perfil es una platina 1 1:2 " 3:16
+EFKG 0,281 )*9
(Área del perfil seleccionado)
13
Como las medidas de las placas es de 2 in de ancho, la platina debe ser de 2 "
3: )*, con un área de perfil de 0,375 in2.
16
a) Comprobación del perfil seleccionado (efecto de empuje)
c
- . /
+S
+S 8 +9
+S 8
25 8 0.000139 )*9
18000
:)*9
+9 * " <1HIJ " ?
+9 4 "
5 3
"
16 16
+9 0.234 )*9
Como +S 8 +9 el perfil seleccionado es el adecuado.
Para la charnela hembra se va a utilizar la platina de 2 " 3:16 )*, con un área de
perfil de 0,375 in2.
Nota: Las charnelas tanto hembra como macho pueden ser adquiridas en el
mercado, pero al no ser elementos tan complejos, se van a construir para disminuir
costos.
13
Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-101
89
4.6.6
CÁLCULO DEL PASADOR DE LAS CHARNELAS
F
Pistón
R
R
A
B
Gráfico 4.46. D.C.L Pasador
FQžŸóR 100 E1¡”LK 2,165 )*
c ¢ 50 4.6.6.1
Diagrama Cortante
5 0
5 0
lb s
A
lbs
1
( +)
A
2
(- )
5 0
lb s
Gráfico 4.47. Diagrama de Corte
5 0
lbs
90
4.6.6.2 Diagrama de Momento Flector
54. 1 3
l bs
-
in
(+)
Gráfico 4.48. Diagrama de Momento flector
Acero de porcentaje de carbono A36.
Sy = 36000 lb
pu lg 2
‡áX 54,13 )*
•
32 . 3.
<E1¡1”LK =£
¥ œ9 ¦ 9 Π " 34
No existe torsión en el pasador.
T = 0,
por los tanto:
•
32 . 3.
<E1¡1”LK =£
¥"
Π " 34
Se asume un factor de seguridad de 2
•
32 " 2
<E1¡1”LK =§
¨ " 54,13
Π " 36000
©ªžª©«¬ ­, OMO QR
91
4.7
4.7.1
ANÁLISIS DE FATIGA
NOMENCLATURA
Se = Resistencia a la fatiga del elemento.
3F® Resistencia a la fatiga de la probeta.
61 Factor de acabado Superficial.
6¯ Factor de tamaño.
65 Factor de confiabilidad.
6” Factor de temperatura.
6F Factor de concentración de esfuerzos.
6G Factores varios.
°G Factor de reducción de resistencia en el caso de fatiga.
<F± Diámetro equivalente.
t = Espesor de perfil.
b = Ancho de perfil.
4.7.2
ABRAZADERA DELANTERA
3F 61 " 6¯ " 65 " 6” " 6F " 6G " 3F®
Todos los elementos mecánicos excepto los pasadores serán construidos con acero
de bajo porcentaje de carbono (acero A36).
34 36000 :)*9
3I2 58000 :)*9
Cuando
3I2 - 200 67)
3F® 0,5 " 3I2
3F® 0,5 " 58000
3F® 29000 :)*9
Como los perfiles fueron laminados en caliente 61 0,7
14
14
Nota: Ver en el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 308, figura 7,10.
92
Gráfico 4.49. Corte del perfil
<F± =
<F± =
0,05 " ? " 0,076
0,05 " 0,5 " 0,1875
0,248 )*
0,076
Como <F± - 0,3 )* entonces 6¯ 1
Se supone que 65 1 y 6” 1
6F 1
°G
°G 1 ²°2 1
Gráfico 4.50. Oreja de la abrazadera delantera
<1HIJ 0,375
0,75
„
0,5
93
Mediante el gráfico °2 ³
°2 2,08
² 0,78
<1HIJFKL:
15
„ se obtiene el valor de °2 .
16
°G 1 0,782,08 1
°G 1,8424
6F 1
1,8424
6F 0,54
6G 1
S´ 0,7 " 1 " 1 " 1 " 0,54 " 1 " 29
S´ 10,962 kpsi
‡áX 126,01 ‡_] 6,26 ‡áX
+B>#
‡_]
‡_] +B>#
‡1X ‡_]
1 2
126,01 6.26 59,87
1 2"+
+
‡1X ‡_]
‡ 2
126,01 6.26 66,14
‡ 2"+
+
‡áX 15
16
Nota: Ver en el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-1.
Nota: ver el manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 322, figura 7,18.
E s f ue r zo
94
σa
σmin
σm
t ie m p o
Gráfico 4.51. Esfuerzos Fluctuantes
σa
σm
Se
S ut
Gráfico 4.52. Diagrama de Goodman
+ „ < " ?
+ 0,5 0,375 " 0,1875
+ 0,0234 )*
1 2,54 67)
‡ 2,82 67)
B
B
1
31
‡ 3‡
59,86
0,91
66,14
31 3‡
1
3F 3I2
31 B " 3‡
>$%#$)ó* <> µ@@<A#*
¶$ 1
95
Sustituimos la ecuación 1 en la ecuación de Goodman
B " 3‡ 3‡
1
3F
3I2
3‡ 3‡ 3F " 3I2
B " 3I2 3F
10,962 " 58
0,91 " 58 10,962
3‡ 9,97 67)
31 9,07 67)
. 3‡ . 31 . 31 3‡
‡
31
1
9.07
2,54
. 31 3,57
. 3‡ 3,54
4.7.3
ABRAZADERA TRASERA
4.7.3.1 Fatiga tramo a Flexión
Gráfico 4.53. Gráfico de la Abrazadera Trasera
96
3F 61 " 6¯ " 65 " 6” " 6F " 6G " 3F®
3I2 58000 :)*9
3I2 - 200 67)
Cuando
3F® 0,5 " 3I2
3F® 29000 :)*9
Como los perfiles fueron laminados en caliente 61 0,7
Gráfico 4.54. Corte del perfil
<F± =
<F± =
0,05 " ? " 0,076
0,05 " 0,75 " 0,1875
0,304 )*
0,076
Como 0,3 )* · <F± · 10 )* entonces:
V¸,¸¹º
6¯ 0,869<F±
6¯ 0,8690,304V¸,¸¹º
6¯ 0,975
Se supone que 65 1 y 6” 1
17
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 308, figura 7,10.
17
97
6F 1
°G
°G 1 ²°2 1
<1HIJ 0,375
0,5
„
0,75
Gráfico 4.55. Oreja de la abrazadera trasera
Mediante el gráfico °2 ³
°2 1,5
² 0,78
<1HIJFKL:
18
„ se obtiene el valor de °2 .
19
°G 1 0,781,5 1
°G 1,39
6F 1
1,39
6F 0,719
6G 1
S´ 0,7 " 0,975 " 1 " 1 " 0,719 " 1 " 29
S´ 14,24 kpsi
‡áX 24,63 )*
‡_] 7,5 )*
18
19
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-2.
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 322, figura 7,18.
98
‡áX ‡áX " “
’
1
" < " ? q
12
1
’
" 0,75 0,375 " 0.1875q
12
’
’ 1,902 " 10Vb )*b
“
?
2
“ 0,09375 )*
‡áX 24.63 " 0,09375
1,902 " 10Vb
‡áX 12,14 67)
‡_] " “
’
7,05 " 0,09375
1,902 " 10Vb
‡_] ‡_]
‡_] 3,474 67)
‡1X ‡_]
1 2
12,14 3,474
1 2
1 4,333 67)
‡1X ‡_]
2
12,14 3,474
‡ 2
‡ ‡ 7,807 7)
E sf u e r zo
99
σa
σm
σmin
ti empo
Gráfico 4.56. Esfuerzos Fluctuantes
σa
σm
Se
S ut
B
B
1
31
‡ 3‡
Gráfico 4.57. Diagrama de Goodman
4,333
0,55
7,807
3‡ 3‡ 3F " 3I2
B " 3I2 3F
14,24 " 58
0,55 " 58 14,24
3‡ 17,9 67)
31 9,845 67)
. 31 2,29
. 3‡ 2,27
4.7.3.2 Fatiga tramo a Tracción
61 0,7
6¯ 1
Se supone que 65 1 y 6” 1
100
6F 1
°G
°G 1 ²°2 1
<1HIJ 0,375
0,5
0,75
„
Mediante el gráfico °2 ³
°2 2,19
² 0,78
<1HIJFKL:
20
„ se obtiene el valor de °2 .
21
°G 1 0,782,19 1
°G 1,9282
6F 1
1,9282
6F 0,5186
6G 1
S´ 0,7 " 1 " 1 " 1 " 0,5186 " 1 " 29
S´ 10,527 kpsi
‡áX 22,81 ‡_] 6,94 + „ < " ?
+ 0,75 0,375 " 0,1875
+ 0,0703 )*9
‡áX ‡áX
+B>#
‡áX 325,85 7)
‡_] 20
21
‡_]
+B>#
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-1.
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 322, figura 7,18.
101
Es f u er zo
‡_] 99,14 7)
‡1X ‡_]
1 2
325,85 99,14
1 113,3 7)
2
‡1X ‡_]
‡ 2
325,85 99,14
‡ 212,4 7)
2
σa
σmin
σm
t i em p o
Gráfico 4.58. Esfuerzos Fluctuantes
σa
σm
Se
S ut
B
B
1
31
‡ 3‡
113.3
0,533
212,4
31 3‡
1
3F 3I2
31 B " 3‡
Gráfico 4.59. Diagrama de Goodman
>$%#$)ó* <> µ@@<A#*
¶$ 1
Sustituimos la ecuación 1 en la ecuación de Goodman
B " 3‡ 3‡
1
3F
3I2
102
3‡ 3‡ 3F " 3I2
B " 3I2 3F
10,527 " 58
0,533 " 58 10,527
3‡ 14,733 67)
31 7,852 67)
. 3.1 69
. 3.‡ 68
Conclusión
El factor de seguridad del conjunto 2,3.
4.7.4
SOPORTE VERTICAL
3F 61 " 6¯ " 65 " 6” " 6F " 6G " 3F®
3F® 29000 :)*9
Como los perfiles fueron laminados en caliente 61 0,7
Gráfico 4.60. Corte del perfil
<F± =
<F± =
0,05 " ? " 0,076
0,05 " 0,5 " 0,1875
0,248 )*
0,076
Como <F± - 0,3 )* entonces 6¯ 1
22
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 308, figura 7,10.
22
103
Se supone que 65 1 y 6” 1
6F 1
°G
°G 1 ²°2 1
Gráfico 4.61. Oreja de la Abrazadera delantera
<1HIJ 0,375
0,75
„
0,5
Mediante el gráfico °2 ³
°2 2,08
² 0,78
<1HIJFKL:
23
„ se obtiene el valor de °2 .
24
°G 1 0,782,08 1
°G 1,8424
6F 1
1,8424
6F 0,54
6G 1
S´ 0,7 " 1 " 1 " 1 " 0,54 " 1 " 29
S´ 10,962 kpsi
‡áX 126,01 23
24
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-1.
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 322, figura 7,18.
104
‡_] 6,26 + „ < " ?
+ 0,5 0,375 " 0,1875
+ 0,023 )*9
‡áX ‡áX
+B>#
‡áX 5,47 67)
‡_] ‡_]
+B>#
Esf uer zo
‡_] 0,272 67)
‡1X ‡_]
1 2
5,47 0.272
1 2,603 67)
2
‡1X ‡_]
‡ 2
5,47 0.272
‡ 2,875 67)
2
σa
σmin
σm
tiempo
Gráfico 4.62. Esfuerzos Fluctuantes
Se
σa
σm
S ut
Gráfico 4.63. Diagrama de Goodman
105
B
B
1
31
‡ 3‡
2,603
0,905
2,875
3‡ 3‡ 3F " 3I2
B " 3I2 3F
10,962 " 58
0,905 " 58 10,962
3‡ 10,02 67)
31 9,06 67)
. 3.1 3,48
. 3.‡ 3,48
4.7.5
SOPORTE HORIZONTAL
F
F
Gráfico 4.64. D.C.L. del Soporte Horizontal
3F 61 " 6¯ " 65 " 6” " 6F " 6G " 3F®
3I2 58000 :)*9 º
3F® 29000 :)*9
Como los perfiles fueron laminados en caliente 61 0,7
25
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 308, figura 7,10.
25
106
Gráfico 4.65. Corte del perfil
<F± =
<F± =
0,05 " ? " 0,076
0,05 " 0,5 " 0,5
0,406 )*
0,076
Como 0,3 )* · <F± · 10 )* entonces:
V¸,¸¹º
6¯ 0,869<F±
6¯ 0,8690,406V¸,¸¹º
6¯ 0,949
Se supone que 65 1 y 6” 1
6F 1
°G
°G 1 ²°2 1
Gráfico 4.66. Agujero del Soporte horizontal
107
<1HIJ 0,25
0,5
0,5
„
<1HIJ 0,25
0,5
»
0.5
Mediante el gráfico °2 ³
°2 1,8
² 0,78
<1HIJFKL:
„ se obtiene el valor de °2 .
27
°G 1 0,781,8 1
°G 1,624
6F 1
1,624
6F 0,616
6G 1
S´ 0,7 " 0,949 " 1 " 1 " 0,616 " 1 " 29
S´ 11,867 kpsi
‡áX 212,01 )*
‡_] 44,25 )*
‡áX ‡áX " “
’
1
" < " ? q
12
1
’
" 0,5 0,25 " 0,5q
12
’
’ 2,604 " 10Vq
“
?
2
“ 0,25 )*
‡áX 26
27
212,01 " 0,25
2,604 " 10Vq
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-2.
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 322, figura 7,18.
26
108
‡áX 20,362 67)
‡_] " “
’
44,25 " 0,25
2,604 " 10Vq
‡_] ‡_]
‡_] 4,248 67)
‡1X ‡_]
1 2
20,362 4,248
1 2
1 8,057 67)
‡1X ‡_]
2
20,362 4,248
‡ 2
‡ E s f u er zo
‡ 12,305 67)
σa
σmin
σm
t i emp o
Gráfico 4.67. Esfuerzos Fluctuantes
Se
σa
σm
S ut
B
1
31
‡ 3‡
Gráfico 4.68. Diagrama de Goodman
109
B
8,057
0,654
12,305
3‡ 3‡ 3F " 3I2
B " 3I2 3F
11,867 " 58
0,654 " 58 11,867
3‡ 13,821 67)
31 9,04 67)
. 3.1 1,12
. 3.‡ 1,12
4.7.6
BRAZO DE SUJECIÓN DEL PISTÓN
F
Gráfico 4.69. Gráfico del brazo de sujeción del Pistón
3F 61 " 6¯ " 65 " 6” " 6F " 6G " 3F®
3F® 29000 :)*9
Como los perfiles fueron laminados en caliente 61 0,7
28
Gráfico 4.70. Corte del perfil
28
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 308, figura 7,10.
110
<F± =
<F± =
0,05 " ? " 0,076
0,05 " 0,75 " 0,1875
0,304 )*
0,076
Como 0,3 )* · <F± · 10 )* entonces:
V¸,¸¹º
6¯ 0,869<F±
6¯ 0,8690,304V¸,¸¹º
6¯ 0,975
Se supone que 65 1 y 6” 1
6F 1
°G
°G 1 ²°2 1
Gráfico 4.71. Agujero del brazo de soporte del Pistón
<1HIJ 0,375
0,5
„
0,75
Mediante el gráfico °2 ³
°2 2,18
² 0,78
29
<1HIJFKL:
„ se obtiene el valor de °2 .
30
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-1.
29
111
°G 1 0,782,18 1
°G 1,92
6F 1
1,92
6F 0,52
6G 1
S´ 0,7 " 0,975 " 1 " 1 " 0,52 " 1 " 29
S´ 10,30 kpsi
‡áX 100 ‡_] 0 Cuando el cilindro trabaje a la presión máxima de 80psi.
Cuando el cilindro neumático no trabaje.
+ „ < " ?
+ 0,07 )*9
‡áX ‡áX
+B>#
‡áX 1.428 67)
‡_] ‡_]
+B>#
‡_] 0
‡1X ‡_]
1 2
1 714 7)
‡ ‡1X ‡_]
2
‡ 714 7)
30
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 322, figura 7,18.
Es f ue rzo
112
σa
σm
t i e m p o
Gráfico 4.72. Esfuerzos Alternantes con Inversión Completa
Se
σa
σm
Sut
B
1
31
‡ 3‡
714
1
714
3F " 3I2
3‡ B " 3I2 3F
B
3‡ 10,30 " 58
1 " 58 10,30
3‡ 8,746 67)
31 8,746 67)
. 3 12,24
Gráfico 4.73. Diagrama de Goodman
113
4.7.7
PLACAS BASE DE LAS CHARNELAS
F
F
F
F
Gráfico 4.74. D.C.L. de la placa base de Charnela
3F 61 " 6¯ " 65 " 6” " 6F " 6G " 3F®
3F® 29000 :)*9
Como los perfiles fueron laminados en caliente 61 0,7
31
Gráfico 4.75. Corte del perfil
El análisis se realizará dividiendo a la placa en cuatros cuadrantes, de los cuales se
analizará uno, pues los otros tres son similares.
<F± =
31
0,05 " ? " 0,076
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 308, figura 7,10.
114
<F± =
0,05 " 1 " 0,1875
0,351 )*
0,076
Como 0,3 )* · <F± · 10 )* entonces:
V¸,¸¹º
6¯ 0,869<F±
6¯ 0,8690,351V¸,¸¹º
6¯ 0,962
Se supone que 65 1 y 6” 1
6F 1
°G
°G 1 ²°2 1
Gráfico 4.76. División de la placa base de Charnela
<1HIJ 0,3125
0,3125
„
1
Mediante el gráfico °2 ³
°2 2,35
² 0,78
<1HIJFKL:
„ se obtiene el valor de °2 .
33
°G 1 0,782,35 1
°G 2,053
32
33
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-1.
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 322, figura 7,18.
32
115
6F 1
2,053
6F 0,487
6G 1
S´ 0,7 " 0,962 " 1 " 1 " 0,487 " 1 " 29
S´ 9,51 kpsi
‡áX 25 ‡_] 0 + „ < " ?
+ 0,1289 )*9
‡áX ‡áX
+B>#
‡áX 123,93 7)
‡_] ‡_]
+B>#
‡_] 0
‡1X ‡_]
1 2
1 96,97 7)
‡1X ‡_]
2
‡ 96,97
Es f u e r zo
‡ σa
σm
ti em p o
Gráfico 4.77. Esfuerzos alternantes
116
σa
σm
Se
S ut
B
B
1
31
‡ 3‡
Gráfico 4.78. Diagrama de Goodman
96,97
1
96,97
3‡ 3‡ 3F " 3I2
B " 3I2 3F
9,51 " 58
1 " 58 9,51
3‡ 8,17 67)
31 8,17 67)
. 3 84,25
4.7.8
CÁLCULO DE LOS PASADORES DE LAS CHARNELAS
Gráfico 4.79. D.C.L Pasador
3F 61 " 6¯ " 65 " 6” " 6F " 6G " 3F®
3F® 19,2 0,314 " 3I5
3I5 0,6 " 3I2
Para carga axial cuando 3I5 8 60 67)
3I5 34,8 67) Como no es mayor a 60kpis, tenemos que:
3F® 29000 :)*9
117
61 0,85
34
<E1¡1”LK 0,269 )*
Como <F± - 0,3 )* entonces:
6¯ 1
Se supone que 65 1 y 6” 1
6F 1
°G
°G 1 ²°2 1
BK1]IK1
0,0394
0,1
<_]2FK]L
0,349
¼FX2FK_LK 0,472
1,35
<_]2FK]L
0,349
Mediante el gráfico °2 ³
°2 1,8
² 0,5
Gráfico 4.80. Sección del pasador
<1HIJFKL:
„ se obtiene el valor de °2 .
36
°G 1 0,51,8 1
°G 1,4
34
35
36
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 308, figura 7,10.
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-15
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 322, figura 7,18.
35
.
118
6F 1
1,4
6F 0,714
6G 1
S´ 0,85 " 1 " 1 " 1 " 0,714 " 1 " 29
S´ 17,6 kpsi
‡áX 54,13 ‡_] 0 b
; " <_]2FK]L
’
64
’ 1,1 " 10Vq
“
<_]2FK]L
2
“ 0,197
‡áX ‡áX " “
’
‡áX 9,694 67)
‡_] 0
‡1X ‡_]
1 2
1 4,847 67)
‡ ‡1X ‡_]
2
Es f ue rz o
‡ 4,847 67)
σa
σm
t ie mp o
E s fu e rz o
a lt e rn a nte
Gráfico 4.81. Esfuerzos Alternantes con Inversión Completa
119
σa
σm
Se
S ut
B
1
31
‡ 3‡
B1
3‡ 3‡ Gráfico 4.82. Diagrama de Goodman
3F " 3I2
B " 3I2 3F
17,6 " 58
1 " 58 17,6
3‡ 13,502 67)
31 13,502 67)
. 3 2,78
Elemento
Abrazadera Delantera
Abrazadera Trasera
Soporte Vertical
Soporte Horizontal
Brazo de Sujeción
Bases de las Charnelas
Pasador de la Charnela
Perfil Seleccionado
Factor de Seguridad
Estático
Dinámico
Platina 1/2 *3/16 in
Platina 3/4 *3/16 in
Platina 1/2 *3/16 in
Cuadrado Sólido de 1/2 in
Platina 3/4 *3/16 in
Platina de 2 *3/16
Eje Ø 0,472
FACTOR DE SEGURIDAD DEL SISTEMA
Tabla 4.11. Selección de Perfiles
2
1,5
2
1,5
1,5
2
2
3,54
2,3
3,48
1,12
12,24
84,25
2,78
1,5
1,12
120
4.8 MODELO MATEMÁTICO
El siguiente modelo matemático se utilizará para la el cálculo de la potencia de la
bicicleta neumática.
Para la construcción del modelo matemático se iniciará desde el principio de
conservación de masa hasta llegar a la ecuación de la potencia.
Principios fundamentales:
•
Principios de Newton.
•
Ecuación de la continuidad.
•
Primer y segundo principio de la termodinámica.
•
Condiciones de Contorno.
•
Ecuación de Estado.
•
Viscosidad de Newton.
•
Principio de conservación de masa:
”‡
”2
0
(Ecuación 2)
Masa constante
•
Principio de Newton
Σ ”
”2
A³
(Ecuación 3)
Masa constante.
•
³ Velocidad de rotación del centro de gravedad del sistema.
Proceso Irreversible.- Este proceso toma en cuenta la viscosidad, el
rozamiento, la histéresis y la expansión libre, ya que el modelo matemático
trata de un proceso real.
•
Irreversibilidad.- Se refiere a trabajo perdido y no a una pérdida real de
energía.
•
Flujo Turbulento.- El flujo turbulento es un flujo inestable y el más común en
ingeniería.
•
Flujo Adiabático.- En esta clase de flujo no existen pérdidas de energía, es
decir, no entra ni sale calor pues se desprecia el rozamiento, por lo que puede
ser considerado también como un flujo Isoentrópico.
121
Análisis de Flujo:
•
Flujo permanente (Velocidad en las direcciones x, y, z son constantes)
½Y
½2
½¾
½2
½\
½2
½
½2
•
0
(Ecuación 4)
0
0
0
(Ecuación 5)
(Ecuación 6)
(Ecuación 7)
Flujo Uniforme (Vector velocidad idéntico)
½Y
½f
0
(Ecuación 8)
Ejemplo: Cuando se bombea un líquido dentro de una tubería recta de
sección uniforme.
•
Línea de corriente.- Es una línea continua trazada en el fluido, que en cada
punto es tangente al vector velocidad.
Gráfico 4.83. Líneas de Corriente en Flujo permanente
•
Caudal.- Cuando las líneas de corriente se encuentran más próximas estas
tienen mayor velocidad.
³. ³>@$)<#< A><)# >*?B> <@ í*># <> [email protected])>*?>.
». <)?#*$)# <> >7#B#$)ó* >*?B> í*># <> [email protected])>*?>
•
Δ² ³» (No toma en cuenta la dimensión de profundidad)
Tubo de Corriente.- esta formado por las líneas de corriente, no hay paso de
fluido a través de sus paredes porque el vector velocidad no tiene componente
normal al tubo.
122
ECUACION DE LA CONTINUIDAD
Esta es la expresión analítica del Principio General de la conservación de la masa.
V.C..- Volumen de control
ÁA¡1Â . ## ²%> ##*<@*# > ³@%A>* <> [email protected]*[email protected]
ÁA¡1Â
“#%<# >* A## #)>*?> <> @%A>* <> [email protected]*[email protected]
Á?
ÁAF] . ## ²%> >*?B# # ³@%A>* <> [email protected]*[email protected]
En un instante determinado t, la masa en el volumen de control es constante
½‡ÃÄ
½2 Å^, Æ < Z Å^, ½2 <Z
(Ecuación 9)
½‡ÇÈÉ
Å Æ ³] < +¡1Â Åc
(Ecuación 10)
½2
½2
½
½¾
ÇÈÉ
Ƴ[email protected]Ê <+¡1Â
³. ³>@$)#<#< *@BA# # # %7>B|)$)> <> [email protected]*[email protected]
[email protected])?)³# »#$)# > >W?>B)@B <> >>A>*[email protected] <> #B>#
ˇÃÄ
Ë2
ÅF] Ƴ[email protected]Ê < +F]
(Ecuación 11)
Caudal neto entrante (en masa)
½‡ÃÄ
½2
•
½‡ÇÈÉ
½2
Åc Æ ³[email protected]Ê < + Å Æ ³ <+
Conjunto de tubos de corriente
S
Z Åc
c
³ <+
Ì +³
(Ecuación 13)
Æ9 ³9 Á+9 ÆS ³S Á+S 0
(Ecuación 14)
Ì +S ZS +9 Z9
(Ecuación 16)
Å^5 ³ " <+ 0 (caudal saliente neto en volumen)
(Ecuación 17)
”‡
”2
ÆS ÌS Æ9 Ì9 %Í@ 7>BA#*>*?> > )*[email protected]>)>
Si Æ es constante entonces:
•
(Ecuación 12)
(Ecuación 15)
Ecuación de Euler (Viscosidad cero, fluido sin rozamiento, sin consideraciones
de cortadura)
Fuerza de Gravedad Æ " z " Á+Á3
(Ecuación 18)
123
Presión " Á+
(dirección+S) (aguas arriba)
Fuerza mecánica en dirección S Æ " z " Á+Á3 " cos Î
Segundo principio de Newton
½\
Σ ÁA " #
Á+ Ï Ð Ñ Ò3Ó Á+ Æ " zÁ+Á3 " cos Î ÆÁ+Á3 " #
½f
# Aceleración a lo largo de la línea de corriente
Masa de Partícula ÆÁ+Á3
Ë{
½{
ÁÔΔ #?%B# Õ Á3 Õ cos Î Ëf ½f
(Ecuación 19)
(Ecuación 20)
(Ecuación 21)
(Ecuación 22)
(Ecuación 23)
(Ecuación 24)
Dividiendo ecuación 23 para la 22 tenemos:
S
¾
"
½\
½f
#
#
z " cos Î # 0
”Y
”2
”Y
”2
(Ecuación 25)
(v depende de (S,t)) entonces:
½Y
½f
"
”f
”2
½Y
½2
(Ecuación 26)
Sustituyendo la ecuación 26 en 25:
S
¾
½\
½Y
½2
S
¾
½Y
½Y
" ½f z " cos Î ³ " ½2 ½2 0
0
(Fluido permanente)
½\
½Y
" ½f z " cos Î ³ " ½2 0
”\
¾
(Ecuación 27)
z<Ô ³<³ 0
(Ecuación 28)
(Fluido a lo largo de la línea de corriente, sin
rozamiento, flujo permanente)
(Ecuación 29)
Incluyendo el segundo principio de la termodinámica en la ecuación 29 tenemos:
Ì ”\
¾
z<Ô ³<³ ÖEéK”_”1¡
(Ecuación 30)
El calor es despreciable, entonces se puede considerar como un sistema adiabático
donde:
Ì0
Por lo que la ecuación 30 quedaría expresada de la siguiente manera:
”\
¾
z<Ô ³<³ ÖEéK”_”1¡
(Ecuación 31)
124
S
ØzÔ|Ş Ø Û ÖEéK”_”1¡
S ”\
Ÿ
YÚ
¾
9 ¸
(Ecuación 32)
La constante de integración es:
$
\Ü
¾Ü Ý
(Ecuación 33)
Despejando la densidad de la ecuación 33:
Ƹ L S/ß " $
(Ecuación 34)
Sustituyendo la ecuación 34 en la 32
S
Ÿ
S
\à
S ”\
5 Ÿ
ØS
\à
á/Ý
5 " â
S
\
Ø " â
5
,"ß
á
áãÏ Ó
Ý
á
SV
Ý
ßVS " ÐS
,Ü "ß
ßVS
YÚ
¸
(Ecuación 35)
S
ØzÔ|Ş Ø 9 Û ÖEéK”_”1¡
YÚ
á
ãÏ Óäá
Ý
á
V åS
Ý
\
S
ØzÔ|Ş Ø 9 Û ÖEéK”_”1¡
”\
á/Ý "5
S
¸
(Ecuación 36)
S
æç ØzÔ|Ş Ø 9 Û ÖEéK”_”1¡
S
¸
YÚ
S
¸
æç ØzÔ|Ş Ø 9 Û ÖEéK”_”1¡
¸
ßVS/ß
Ýãá
Ý
" ¸
YÚ
¸
zÔ¸ ¸
ßVS/ß
YÜ Ú
9
Ñ zÔS zÔ¸ ,á "ß
ßVS
Ýãá
Ý
" S
(Ecuación 37)
(Ecuación 38)
Yá Ú
9
zÔS Yá Ú
9
YÜ Ú
9
ÖEéK”_”1¡
(Ecuación 39)
ÖEéK”_”1¡ (Ecuación 40)
De la ecuación 6 despejamos la velocidad
ZS Ì
+
Ì 2,8
|? q:
A)*
<2I¯FKí1 0,0131 |?
+;
”Ú
b
+ 0,000135 |? 9
ZS 27354
|?:
A)*
ZS 91,17 )*:
(Ecuación 41)
125
E I¯FKí1 155F¡LK_L¡
(Ecuación 42)
30 6#
155 6,68 A
¸ 80 )
Presión en los acumuladores
¸ 550 6#
S 71,4 6#
6 1,4
Ƹ 0,00023 :)*q
kg
ÆS 0.849 è :mq é
Sustituyendo los datos en la ecuación 33 tenemos:
“¸ ¸
Ƹ ß
80 Ï:)*9 Ó
S,b
0,00023S,b Ï: q Ó
)*
“¸ 9923640,35
\
“S “¸ " Ï\á Ó
(Ecuación 43)
Ü
“S 1288268,95
Sustituimos los valores en la ecuación 40
¹¹9qrb¸,qê"S,b
S,bVS
" 80
S,bVS/S,b
9
108511476 )* : 9
S9ëë9rë,¹ê"S,b
S,bVS
" 10,4
S.bVS/S.b
¹S,SºÚ
9
b,qê
¸,¸¸¸9q
8460,07
70007.26 A : 9
9
L2 ÆS " 5_Â_]”KL " Ì
(Ecuación 44)
9
kg
L2 0.849 è :mq é " 70007.26m :s 9 "
L2 79, 24 0,08 èm :miné
q
60}s:min
Es la potencia del cilindro neumático.
126
4.9 CÁLCULO DE LA ALTERNATIVA NEUMÁTICA
4.9.1
CÁLCULO DE LOS CILINDROS NEUMÁTICOS
4.9.1.1 Simbología
AEC.- Área Efectiva del Cilindro
F.- Fuerza del embolo
RC.- Relación de compresión
CA.- Consumo de Aire
C.- Carrera
P.- Presión
4.9.1.1.1 Formulario Neumático
;¼ )*?>B*@9
4
B>)ó* <> ¦B##Í@ <> +$?%#<@B
%>BÔ# <> >[email protected]@ +B># >|>$?)³# <> “))*<[email protected]
+B># ¶|>$?)³# <> “))*<[email protected] >#$)ó* <> “@A7B>)ó* B>)ó* <> ?B##Í@ B>)ó* [email protected]|éB)$#
B>)ó* [email protected]|éB)$#
“@*%[email protected] <> #)B> +¶“ W “ W “
“@*%[email protected] [email protected] A)*%[email protected] “+ W [º <> “#BB>B# [email protected] >z%*<@ W 60
; W ¼ )*?>B*@ <> ?#*²%>9
W @*z)?%< <> ?#*²%>
4
<> ¦#*²%> <> ?B##Í@
“#7#$)<#< ì?) <> ?#*²%> [email protected]%A>* <> ?#*²%> W
#[email protected]|éB)$#
[email protected]%A>* <> ?#*²%> ¦)>[email protected] <> |%*$)@*#A)>*[email protected] >* A)*%[email protected] “#7#$)<#< ì?) <> ?#*²%>
“@*%[email protected] [email protected] A)*%[email protected]
127
4.9.1.1.2 Ejemplo de Cálculo
Se realizará el cálculo con un cilindro neumático de 32mm (de diámetro).
;¼ )*?>B*@9
+¶“ 4
;1,259 )*9
+¶“ 4
+¶“ 1,2429 )*9
B>)ó* <> ¦B##Í@ <> +$?%#<@B " +¶“
80 :)*9 " 1,2429 )*9
99,43 “ “ B>)ó* <> ?B##Í@ B>)ó* [email protected]|éB)$#
B>)ó* [email protected]|éB)$#
80 7) 10,4 7)
10,4 7)
“ 8,69
Para el cálculo de la relación de compresión se utilizó la presión atmosférica de Quito
que fue tomada de las cartas psicrométricas, de la Escuela Politécnica Nacional,
Facultad de Ingeniería Mecánica.
“+ +¶“ W “ W “
“+ 1,2429 )*9 " 15,748 )* " 8,69
“+ 170,14 )*q
128
Tabla 4.12. Para Obtención de Fuerza del Cilindro Neumático con Presión de
100 Psi
Diametro (mm)
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
Area (mm2)
50,27
78,54
113,10
153,94
201,06
254,47
314,16
380,13
452,39
530,93
615,75
706,86
804,25
907,92
1017,88
1134,12
1256,64
1385,45
1520,53
D (in)
0,315
0,394
0,472
0,551
0,630
0,709
0,787
0,866
0,945
1,024
1,102
1,181
1,260
1,339
1,417
1,496
1,575
1,654
1,732
Area (in2)
0,078
0,122
0,175
0,239
0,312
0,394
0,487
0,589
0,701
0,823
0,954
1,096
1,247
1,407
1,578
1,758
1,948
2,147
2,357
Fuerza (lbf)
Presion (psi) Carrera (mm)
7,791
100
400
12,174
100
400
17,530
100
400
23,860
100
400
31,165
100
400
39,443
100
400
48,695
100
400
58,921
100
400
70,121
100
400
82,294
100
400
95,442
100
400
109,564
100
400
124,659
100
400
140,728
100
400
157,771
100
400
175,789
100
400
194,780
100
400
214,744
100
400
235,683
100
400
Carrera (in)
15,748
15,748
15,748
15,748
15,748
15,748
15,748
15,748
15,748
15,748
15,748
15,748
15,748
15,748
15,748
15,748
15,748
15,748
15,748
NOTA: La zona gris indica la zona en la que la fuerza del cilindro es útil para el
diseño
Tabla 4.13. Para Obtención de Fuerza del Cilindro Neumático con Presión de 80
Psi
Diametro (mm)
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
46
Area (mm2)
50,266
78,540
113,098
153,938
201,062
254,470
314,160
380,134
452,390
530,930
615,754
706,860
804,250
907,922
1017,878
1134,118
1256,640
1385,446
1520,534
1661,906
D (in)
0,315
0,394
0,472
0,551
0,630
0,709
0,787
0,866
0,945
1,024
1,102
1,181
1,260
1,339
1,417
1,496
1,575
1,654
1,732
1,811
Area (in2)
Fuerza (lbf) Presion (psi) Carrera (mm) Carrera (in)
0,078
6,233
80
400
15,748
0,122
9,739
80
400
15,748
0,175
14,024
80
400
15,748
0,239
19,088
80
400
15,748
0,312
24,932
80
400
15,748
0,394
31,554
80
400
15,748
0,487
38,956
80
400
15,748
0,589
47,137
80
400
15,748
0,701
56,097
80
400
15,748
0,823
65,836
80
400
15,748
0,954
76,354
80
400
15,748
1,096
87,651
80
400
15,748
1,247
99,727
80
400
15,748
1,407
112,583
80
400
15,748
1,578
126,217
80
400
15,748
1,758
140,631
80
400
15,748
1,948
155,824
80
400
15,748
2,147
171,796
80
400
15,748
2,357
188,547
80
400
15,748
2,576
206,077
80
400
15,748
NOTA: La zona gris indica la zona en la que la fuerza del cilindro es útil para el
diseño
129
Tabla 4.14. Para Obtención de Fuerza del Cilindro Neumático con Presión de 60
Psi
Diametro (mm) Area (mm2)
10
78,540
14
153,938
18
254,470
22
380,134
26
530,930
30
706,860
34
907,922
38
1134,118
40
1256,640
42
1385,446
44
1520,534
46
1661,906
50
1963,500
54
2290,226
58
2642,086
D (in)
Area (in2)
Fuerza (lbf) Presion (psi) Carrera (mm) Carrera (in)
0,394
0,122
7,304
60
400
15,748
0,551
0,239
14,316
60
400
15,748
0,709
0,394
23,666
60
400
15,748
0,866
0,589
35,352
60
400
15,748
1,024
0,823
49,377
60
400
15,748
1,181
1,096
65,738
60
400
15,748
1,339
1,407
84,437
60
400
15,748
1,496
1,758
105,473
60
400
15,748
1,575
1,948
116,868
60
400
15,748
1,654
2,147
128,847
60
400
15,748
1,732
2,357
141,410
60
400
15,748
1,811
2,576
154,558
60
400
15,748
1,969
3,043
182,606
60
400
15,748
2,126
3,550
212,991
60
400
15,748
2,283
4,095
245,714
60
400
15,748
NOTA: La zona gris indica la zona en la que la fuerza del cilindro es útil para el
diseño
Tabla 4.15. Para Obtención de Fuerza del Cilindro Neumático con Presión de 40
Psi
Diametro (mm) Area (mm2)
10
78,540
14
153,938
18
254,470
22
380,134
26
530,930
30
706,860
34
907,922
38
1134,118
42
1385,446
46
1661,906
50
1963,500
52
2123,722
54
2290,226
58
2642,086
62
3019,078
66
3421,202
D (in)
Area (in2) Fuerza (lbf) Presion (psi) Carrera (mm) Carrera (in)
0,394
0,122
4,869
40
400
15,748
0,551
0,239
9,544
40
400
15,748
0,709
0,394
15,777
40
400
15,748
0,866
0,589
23,568
40
400
15,748
1,024
0,823
32,918
40
400
15,748
1,181
1,096
43,825
40
400
15,748
1,339
1,407
56,291
40
400
15,748
1,496
1,758
70,315
40
400
15,748
1,654
2,147
85,898
40
400
15,748
1,811
2,576
103,038
40
400
15,748
1,969
3,043
121,737
40
400
15,748
2,047
3,292
131,671
40
400
15,748
2,126
3,550
141,994
40
400
15,748
2,283
4,095
163,810
40
400
15,748
2,441
4,680
187,183
40
400
15,748
2,598
5,303
212,115
40
400
15,748
NOTA: La zona gris indica la zona en la que la fuerza del cilindro es útil para el
diseño.
130
Tabla 4.16. Selección del Cilindro Neumático (CONSUMO DE AIRE en pies
cúbicos por pulgada de carrera)
D int (in)
D int (mm)
0,5
0,75
1
1,25
1,375
1,5
1,75
2
2,125
2,25
2,5
2,75
3
3,50
4
4,50
5
5,50
6
12,7
19,05
25,4
31,75
34,925
38,1
44,45
50,8
53,975
57,15
63,5
69,85
76,2
88,9
101,6
114,3
127
139,7
152,4
Area (ft^2)
0,0014
0,0031
0,0055
0,0085
0,0103
0,0123
0,0167
0,0218
0,0246
0,0276
0,0341
0,0412
0,0491
0,0668
0,0873
0,1104
0,1364
0,1650
0,1964
40
0,0006
0,0012
0,0022
0,0034
0,0042
0,0050
0,0067
0,0088
0,0099
0,0112
0,0138
0,0167
0,0198
0,0270
0,0352
0,0446
0,0551
0,0666
0,0793
PRESION (psi)
60
80
0,0008
0,0010
0,0017
0,0022
0,0031
0,0040
0,0048
0,0062
0,0058
0,0075
0,0069
0,0089
0,0094
0,0121
0,0123
0,0158
0,0139
0,0178
0,0156
0,0200
0,0192
0,0247
0,0233
0,0299
0,0277
0,0356
0,0377
0,0484
0,0492
0,0632
0,0623
0,0800
0,0769
0,0988
0,0931
0,1195
0,1108
0,1422
100
0,0012
0,0027
0,0048
0,0075
0,0091
0,0109
0,0148
0,0193
0,0218
0,0244
0,0302
0,0365
0,0434
0,0591
0,0772
0,0977
0,1206
0,1460
0,1737
Tabla 4.17. Selección del Cilindro Neumático (Para una presión de trabajo de
100 psi se escoge cilindro de 30 mm de diámetro)
Consumo por pulg :
Consumo en volumen:
Velocidad del Pistón:
Presión atmosferica:
Presión de trabajo:
Consumo por minuto:
Capacidad Util tanque:
Volumen de tanque:
Presión del tanque:
Tiempo de Función:
0,007539
0,12
10
10,4
100
4,523
36,164
0,166
2340
7,92
ft^3/pulg
ft^3
pulg/s
psi
psi
ft^3/min
ft^3
ft^3
psi
minutos
131
Tabla 4.18. Selección del Cilindro Neumático (Para una presión de trabajo de 80
psi se escoge cilindro de 32 mm de diámetro)
Consumo por pulg :
Consumo en volumen:
Velocidad del Pistón:
Presión atmosferica:
Presión de trabajo:
Consumo por minuto:
Capacidad Util tanque:
Volumen de tanque:
Presión del tanque:
Tiempo de Función:
0,006173
0,097
10
10,4
80
3,704
36,164
0,166
2340
9,76
ft^3/pulg
ft^3
pulg/s
psi
psi
ft^3/min
ft^3
ft^3
psi
minutos
Tabla 4.19. Selección del Cilindro Neumático (Para una presión de trabajo de 60
psi se escoge cilindro de 38 mm de diámetro)
Consumo por pulg :
Consumo en volumen:
Velocidad del Pistón:
Presión atmosferica:
Presión de trabajo:
Consumo por minuto:
Capacidad Util tanque:
Volumen de tanque:
Presión del tanque:
Tiempo de Función:
0,006923
0,109
10
10,4
60
4,154
36,164
0,166
2340
8,78
ft^3/pulg
ft^3
pulg/s
psi
psi
ft^3/min
ft^3
ft^3
psi
minutos
132
Tabla 4.20. Selección del Cilindro Neumático (Para una presión de trabajo de 40
psi se escoge cilindro de 46 mm de diámetro)
Consumo por pulg :
Consumo en volumen:
Velocidad del Pistón:
Presión atmosferica:
Presión de trabajo:
Consumo por minuto:
Capacidad Util tanque:
Volumen de tanque:
Presión del tanque:
Tiempo de Función:
4.9.2
0,006746
0,106
10
10,4
40
4,048
36,164
0,166
2340
9,09
ft^3/pulg
ft^3
pulg/s
psi
psi
ft^3/min
ft^3
ft^3
psi
minutos
CÁLCULO DEL ACUMULADOR
4.9.2.1 Nomenclatura
VT.- Volumen del Tanque
LT.- Longitud del tanque
CUT.- Capacidad Útil del Tanque
P.- Presión
CPM.- Consumo por minuto.
TFM = Tiempo de funcionamiento en minutos.
4.9.2.1.1
Formulario Neumático
; W ¼ )*?>B*@ <> ?#*²%>9
W @*z)?%< <> ?#*²%>
4
<> ¦#*²%> <> ?B##Í@
“#7#$)<#< ì?) <> ?#*²%> [email protected]%A>* <> ?#*²%> W
#[email protected]|éB)$#
Z¦ “@*%[email protected] [email protected] A)*%[email protected] “+ W [º <> “#BB>B# [email protected] >z%*<@ W 60
133
¦)>[email protected] <> |%*$)@*#A)>*[email protected] >* A)*%[email protected] “#7#$)<#< ì?) <> ?#*²%>
“@*%[email protected] [email protected] A)*%[email protected]
4.9.2.1.2 Ejemplo de Cálculo
; W ¼ )*?>B*@ <> ?#*²%>9
W ¦
4
; " 3,94 )*9
Z¦ " 23,62 )*
4
Z¦ Z¦ 287,98 )*q
Z¦ 0,166 ?
“ì¦ Z¦ W
<> ¦#*²%> <> ?B##Í@
#[email protected]|éB)$#
“ì¦ 287,98 )*q "
2340 7) 80 7)
10,4 7)
“ì¦ 62580,27 )*q
“ì¦ 36,16 |? q
“ “+ W [º <> “#BB>B# [email protected] >z%*<@ W 60
“ 170,14 )*q " 0,64 " 60
“ 6533,47 )*q /A)*
¦ ¦ “ì¦
“@*%[email protected] [email protected] A)*%[email protected]
62580,27 )*q
6233,47 )*q A)*
¦ 9 min 58 >z
4.9.3
CÁLCULO PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL ACUMULADOR
4.9.3.1 Nomenclatura
S = Tensión máxima Admisible del material.
e = Sumando adicional que tiene en cuenta la corrosión.
P = Presión.
R = Radio del cilindro
t = Espesor del material.
134
FS = Factor de seguridad
4.9.3.1.1 Formulario
íA)?> 3%7>B)@B <> %>*$)#
3
"
?‡_] >
3 0,5 " 3
4.9.3.1.2 Ejemplo de Cálculo
El acumulador será construido con acero A572
34 55000 )
P = 2500
presión de diseño
e = 0,03 in
Es un valor recomendado para el cálculo por Barlow
La norma ISO/TC 17 recomienda utilizar para dispositivos presión de acero un valor
de FS = 1,6
3
55000 7)
1.6
3 34375 7)
?‡_] 1,97 " 2500
0,03 )*
34375 0,5 " 2500
?‡_] 0,18 )*
Tabla 4.21. Capacidad Útil de Tanque Dependiendo del Diámetro
D (mm)
D(in)
100
150
200
250
300
3,94
5,91
7,87
9,84
11,81
Area (mm2)
7854
17671,5
31416
49087,5
70686
Area (in2)
12,17
27,39
48,69
76,09
109,56
L (mm)
L(in)
600
600
600
600
600
23,62
23,62
23,62
23,62
23,62
V tanque (lt)
V tanque (ft3)
4,712
0,166
10,603
0,374
18,850
0,666
29,453
1,040
42,412
1,498
Pmax
P funcional Capacidad Util (ft3)
2340
80
36,16
2340
80
81,37
2340
80
144,65
2340
80
226,02
2340
80
325,47
Tabla 4.22. Espesor del Material para la Construcción de Acumulador de Acero de Diámetro de 100 mm
Presion (psi)
500
1000
1500
2000
2500
Tension Max Admisible (psi)
55000
55000
55000
55000
55000
D ext (in)
3,94
3,94
3,94
3,94
3,94
R cilindro (in)
1,97
1,97
1,97
1,97
1,97
Sum corr (in)
Espesor min (in)
0,03
0,06
0,03
0,09
0,03
0,12
0,03
0,15
0,03
0,18
Esp (mm)
1,495
2,238
2,992
3,758
4,536
Sum corr (in)
Espesor min (in)
0,03
0,07
0,03
0,12
0,03
0,16
0,03
0,21
0,03
0,25
Esp (mm)
1,861
2,976
4,108
5,256
6,422
Tabla 4.23. Espesor del Acumulador de Diámetro de 150 mm
Presion (psi)
500
1000
1500
2000
2500
Tension Max Admisible (psi)
55000
55000
55000
55000
55000
D ext (in)
5,91
5,91
5,91
5,91
5,91
R cilindro (in)
2,95
2,95
2,95
2,95
2,95
136
Tabla 4.24. Espesor del Acumulador de Diámetro de 200 mm
Presion (psi)
500
1000
1500
2000
2500
Tension Max Admisible (psi)
55000
55000
55000
55000
55000
D ext (in)
7,87
7,87
7,87
7,87
7,87
R cilindro (in)
3,94
3,94
3,94
3,94
3,94
Sum corr (in)
Espesor min (in)
0,03
0,09
0,03
0,15
0,03
0,21
0,03
0,27
0,03
0,33
Esp (mm)
2,227
3,714
5,223
6,755
8,309
Tabla 4.25. Espesor del Acumulador de Diámetro de 250
Presion (psi)
500
1000
1500
2000
2500
Tension Max Admisible (psi)
55000
55000
55000
55000
55000
D ext (in)
9,84
9,84
9,84
9,84
9,84
R cilindro (in)
4,92
4,92
4,92
4,92
4,92
Sum corr (in)
Espesor min (in)
0,03
0,10
0,03
0,18
0,03
0,25
0,03
0,32
0,03
0,40
Esp (mm)
2,594
4,452
6,338
8,253
10,196
Tabla 4.26. Espesor del Acumulador de Diámetro de 300
Presion (psi)
500
1000
1500
2000
2500
Tension Max Admisible (psi)
55000
55000
55000
55000
55000
D ext (in)
11,81
11,81
11,81
11,81
11,81
R cilindro (in)
5,91
5,91
5,91
5,91
5,91
Sum corr (in)
Espesor min (in)
0,03
0,12
0,03
0,20
0,03
0,29
0,03
0,38
0,03
0,48
Esp (mm)
2,960
5,190
7,453
9,751
12,083
NOTA: Se selecciona el tanque de menor diámetro ya que su peso es
significativamente menor, además de la facilidad de encontrar este tanque en el
mercado local, los cilindros de otros diámetros no se encuentran en el mercado
por lo que deben ser construidos, esto encarece el producto notablemente ya que
los tanques no serían construidos en serie.
4.9.4
CÁLCULO DEL PESO DE LOS ACUMULADORES
4.9.4.1 Ejemplo de Cálculo
>BíA>[email protected] ; " <15I‡IÂ1”LK
>BíA>[email protected] ; " 100 AA
>BíA>[email protected] 314,16 AA
[email protected]%A>* >BíA>[email protected] " @*z)?%< " >7>@B
[email protected]%A>* 314,16 " 3,758 " 600
[email protected]%A>* 708367,968 AAq
>@ [email protected]%A>* " ¼>*)<#<15FKL
0,000708367 Aq
>@ q
7850 A :6z
>@ 5,58 6z
Tabla 4.27. Peso del tanque
Volum
D (mm)
Espesor(mm)
L (mm)
Perim(mm)
(mm3)
V (m3)
Peso (kg)
Peso (lbs)
100
3,758
600
314,16
708367,968
0,000708368
5,56
12,23
150
3,54
600
471,24
1000913,76
0,001000914
7,86
17,29
200
4,46
600
628,32
1681384,32
0,001681384
13,20
29,04
250
5,392
600
785,4
2540926,08
0,002540926
19,95
43,88
300
6,318
600
942,48 3572753,184
0,003572753
28,05
61,70
Continuación:
P tanque (lb)
12,23
17,27
29,04
43,88
61,7
P aire (lb)
1,786
1,786
1,786
1,786
1,786
PT (lb)
14,02
19,06
30,83
45,67
63,49
2 PT (lb)
28,04
38,11
61,65
91,33
126,97
Nota: En la fila 2 PT se muestra el peso de los dos acumuladores que serían instalados en la bicicleta.
4.9.5
RELACIÓN DE TORQUE Y TRANSMISIÓN PARA LAS DIFERENTES
COMBINACIONES
DE
LAS
CATALINAS
IMPULSADAS
4.9.5.1 Simbología
Ptotal.- Peso total
PH.- Peso Humano
PBN.- Peso de la bicicleta neumática
RR.- Resistencia a la rodadura.
FN.- Fuerza necesaria.
TLL.- Torque de la llanta.
R.- Radio.
F.- Fuerza.
TCT.- Torque de la catalina trasera.
TCF.- Torque de la catalina frontal.
Cfron.- Catalina frontal
Ctras.- Catalina trasera
DR.- Distancia recorrida
RT.- Relación de Transmisión
D.- Diámetro
CPS.- Carrera por segundo
TFM.- Tiempo de funcionamiento en minutos
DTR.- Distancia recorrida total.
4.9.5.2 Formulario Físico:
¦@?# í[
[email protected]?# W cos ° 7>*<)>*?> W [email protected]>|. <> [email protected]<#<%B#
[ [email protected]?# W >* ° 7>*<)>*?> ¦ [ W ÂÂ1]21
¦ ¦“¦
IMPULSADORAS
E
140
“¦ ¦ “?B#
“?B# “|[email protected]*
¦“|[email protected]* “?B# W “|[email protected]*
¦“ $))*<[email protected] W 7><#
$))*<[email protected] ¦ ¦“
7><#
¼ <> # B%><# [email protected]*<%[email protected]# >* %*# B>³@%$)@*
¼ [email protected] # B%><# [email protected]*<%$)<# >* %*# B>³@%$)ó*
¼ “|[email protected]* ¼ “|[email protected]* W ;
¼ “?B#[email protected]*<%$)<# ¼“|[email protected]* W ¦ W ¼“?B# W ;
¼ “?B#
W #*?#
#<)@ <> “?B#
Z>@$)<#< <> ³#?#[email protected] <> $))*<[email protected]
[º “3 ¼)?#*$)# B>[email protected]<# [email protected] $#BB>B#
¼ %><# [º ¦@?# <> $#BB>B# [º “#BB>B# [email protected] >z%*<@ W 60 W ¦
[º [email protected]?# <> $#BB>B#
2
¼)?#*$)# [email protected]?# B>[email protected])<# [º [email protected]?# <> B>³@%$)@*> “|[email protected]* W ¼ %><#
[º [email protected]?# <> B>³@%$)@*> “|[email protected]* 4.9.5.2.1 Ejemplo de cálculo
¦@?# í[
¦@?# 140 70 ¦@?# 210 [email protected]?# W cos ° 7>*<)>*?> W [email protected]>|. <> [email protected]<#<%B#
210 " cos5 " 0,015
3,14 [ [email protected]?# W >* ° 7>*<)>*?> [ 210 " >*5 3.14
[ 21,44 ¦ [ W ÂÂ1]21
¦ 21,44 " 1,1 |?
141
¦ 23,58 |?
¦ ¦“¦
¦ “?B#
23,58 |?
“¦ 0,188 |?
“¦ “¦ 125,42 “?B# “|[email protected]*
¦“ “?B# W “|[email protected]*
¦“ 125,42 " 0,156
¦“ 19,56 |?
$))*<[email protected] $))*<[email protected] ¦“
7><#
19,56 |?
0,65 |?
$))*<[email protected] 30,11 ¦ ¦ ¼ <> # B%><# [email protected]*<%[email protected]# >* %*# B>³@%$)@*
¼ [email protected] # B%><# [email protected]*<%$)<# >* %*# B>³@%$)ó*
0,9785 |?
1,1742 |?
¦ 0.833
Esta es la relación de transmisión más favorable para subir cuestas.
Nota: La distancia recorrida por la rueda conductora y conducida en una
revolución, fueron medidas en la bicicleta que servirá para la construcción del
prototipo.
¼ “|[email protected]* ¼ “|[email protected]* W ;
¼ “|[email protected]* 0,312 " ;
¼ “|[email protected]* 0,98 |?
¼ “?B#[email protected]*<%$)<# ¼“|[email protected]* W ¦ W ¼“?B# W ;
¼ “?B#[email protected]*<%$)<# 0,98 |? " 0,833 " 0,376 |? " ;
¼ “?B#[email protected]*<%$)<# 0,965 |?
142
¼ “?B#
W #*?#
“?B#
0,965 |?
¼ %><# " 1,1 |?
0,188 |?
¼ %><# ¼ %><# 5,64 |?
[º “3 [º “3 Z>@$)<#< <> ³#?#[email protected] <> $))*<[email protected]
¼)?#*$)# B>[email protected]<# [email protected] > 7)?ó* >* $#<# $#BB>B#
0,833
1,3123
|?:
|?:
$#BB>
[º “3 0,64 $#BB>⁄
Z¦ ?#*²%> ?B##Í@
¦ #?A " “
¦ 287,98)*q " ï2340 80 ð Ï:)*9 Ó
10,4 Ï:)*9 Ó " 6533,47 )*q /A)*
¦ 9 min 58 >z Con cilindro neumático de 32 mm de diámetro.
[º ¦@?# <> $#BB>B# [º “3 W 60 W ¦
[º ¦@?# <> $#BB>B# 0,64 " 60 " 9.58 " 2
[º ¦@?# <> $#BB>B# 738,62 $#BB>B#
[º [email protected]?# <> $#BB>B#
2
738,62
[º [email protected]?# <> B>³@%$)@*> “|[email protected]* 2
[º [email protected]?# <> B>³@%$)@*> “|[email protected]* 367,81 B>³
[º [email protected]?# <> B>³@%$)@*> “|[email protected]* ¼¦ [º [email protected]?# <> B>³@%$)@*> “|[email protected]* W ¼ %><#
¼¦ 367,81 B>³ " 5,64 |?
¼¦ 2074,45 B>³ |
Tabla 4.28. Fuerza Necesaria del Cilindro Neumático
Peso Humano (lbs) Peso Bicicleta (lbs) P total (lbs) Pendente (grados)
140
70
210
0
140
70
210
5
140
70
210
10
140
70
210
15
140
70
210
20
140
70
210
25
140
70
210
30
140
70
210
35
140
70
210
40
140
70
210
45
Zona de Aproximación
Zona Seleccionada
D de llanta (pies)
R de llanta
2,2
D de Ctras (pies)
R de Ctras
0,376
D de Cfron
R de Cfron
0,312
R de Pedal (ft)
0,65
1,1
0,188
0,156
P (rad)
0,00
0,09
0,17
0,26
0,35
0,44
0,52
0,61
0,70
0,79
Coef rod Resis Rod (lb)
0,015
3,15
0,015
3,14
0,015
3,10
0,015
3,04
0,015
2,96
0,015
2,85
0,015
2,73
0,015
2,58
0,015
2,41
0,015
2,23
F nec (lbf)
T llanta (lb pie) Fmax Ctras (lbf)
3,15
3,47
18,43
21,44
23,58
125,45
39,57
43,53
231,52
57,39
63,13
335,82
74,78
82,26
437,57
91,60
100,77
535,98
107,73
118,50
630,32
123,03
135,33
719,86
137,40
151,14
803,93
150,72
165,79
881,87
Tcfron
F Cilindro
2,88
4,42
19,57
30,11
36,12
55,56
52,39
80,60
68,26
105,02
83,61
128,64
98,33
151,28
112,30
172,77
125,41
192,94
137,57
211,65
144
Tabla 4.29. Relaciones de Torque y de Transmisión
CATALINA IMPULSORA 1
Diámetro (mm)
175
Velocidad de Giro = 1 revolución por segundo
Fuerza aplicada = 1 kgf
NOTA: Con fines de calculo de distancia se toma en cuenta una revolucion de la catalina impulsora
Fuerza (kgf)
1
Torque (N m)
0,0875
Distancia (m)
0,54978 (1 revolución)
Dist (ft)
1,8032784
1
Torque (N m)
0,057
Distancia (m)
0,3581424
Relación Torques
0,651428571
Revoluciones
1,535087719
1
Torque (N m)
0,048
Distancia (m)
0,3015936
Relación Torques
0,548571429
Revoluciones
1,822916667
1
Torque (N m)
0,04
Distancia (m)
0,251328
Relación Torques
0,457142857
Revoluciones
2,1875
1
Torque (N m)
0,032
Distancia (m)
0,2010624
Relación Torques
0,365714286
Revoluciones
2,734375
1
Torque (N m)
0,027
Distancia (m)
0,1696464
Relación Torques
0,308571429
Revoluciones
3,240740741
Catalina Impulsada 1
Diámetro (mm)
114
Fuerza (kgf)
Catalina Impulsada 2
Diámetro (mm)
96
Fuerza (kgf)
Catalina Impulsada 3
Diámetro (mm)
80
Fuerza (kgf)
Catalina Impulsada 4
Diámetro (mm)
64
Fuerza (kgf)
Catalina Impulsada 5
Diámetro (mm)
54
Fuerza (kgf)
Catalina Impulsada 6
Diámetro (mm)
46
COMBINACION MAS FAVORABLE EN LO QUE HA
RECORRIDO DE DISTANCIA SE REFIERE
Fuerza (kgf)
1
Torque (kg m)
0,023
Distancia (m)
0,1445136
Relación Torques
0,262857143
Revoluciones
3,804347826
145
CONTINUACIÓN:
CATALINA IMPULSORA 2
Diámetro (mm)
137
Velocidad de Giro = 1 revolución por segundo
Fuerza aplicada = 1 kgf
NOTA: Con fines de calculo de distancia se toma en cuenta una revolucion de la catalina impulsora
Fuerza (kgf)
1
Torque (N m)
0,0685
Distancia (m)
0,4303992 (1 revolución)
1
Torque (N m)
0,057
Distancia (m)
0,3581424
Relación Torques
0,832116788
Revoluciones
1,201754386
1
Torque (N m)
Distancia (m)
0,048
0,3015936
Relación Torques
0,700729927
Revoluciones
1,427083333
1
Torque (N m)
Distancia (m)
0,04
0,251328
Relación Torques
0,583941606
Revoluciones
1,7125
1
Torque (N m)
Distancia (m)
0,032
0,2010624
Relación Torques
0,467153285
Revoluciones
2,140625
1
Torque (N m)
Distancia (m)
0,027
0,1696464
Relación Torques
0,394160584
Revoluciones
2,537037037
1
Torque (kg m)
Distancia (m)
0,023
0,1445136
Relación Torques
0,335766423
Revoluciones
2,97826087
Catalina Impulsada 1
Diámetro (mm)
114
Fuerza (kgf)
Catalina Impulsada 2
Diámetro (mm)
Fuerza (kgf)
96
Catalina Impulsada 3
Diámetro (mm)
Fuerza (kgf)
80
Catalina Impulsada 4
Diámetro (mm)
Fuerza (kgf)
64
Catalina Impulsada 5
Diámetro (mm)
Fuerza (kgf)
54
Catalina Impulsada 6
Diámetro (mm)
Fuerza (kgf)
46
146
CONTINUACIÓN:
CATALINA IMPULSORA 3
Diámetro (mm)
95
Velocidad de Giro = 1 revolución por segundo
Fuerza aplicada = 1 kgf
NOTA: Con fines de calculo de distancia se toma en cuenta una revolucion de la catalina impulsora
Fuerza (kgf)
1
Torque (N m)
0,0475
Distancia (m)
0,298452 (1 revolucion)
Dist (ft)
0,97892256
COMBINACION MAS FAVORABLE
PARA SUBIR CUESTAS EN LO QUE A FUERZA
SE REFIERE
Catalina Impulsada 1
Diámetro (mm)
114
Fuerza (kgf)
Distancia (m)
0,3581424
Relación Torques
1,2
Revoluciones
0,833333333
1
Torque (N m)
Distancia (m)
0,048
0,3015936
Relación Torques
1,010526316
Revoluciones
0,989583333
1
Torque (N m)
Distancia (m)
0,04
0,251328
Relación Torques
0,842105263
Revoluciones
1,1875
1
Torque (N m)
Distancia (m)
0,032
0,2010624
Relación Torques
0,673684211
Revoluciones
1,484375
1
Torque (N m)
Distancia (m)
0,027
0,1696464
Relación Torques
0,568421053
Revoluciones
1,759259259
1
Torque (kg m)
Distancia (m)
0,023
0,1445136
Relación Torques
0,484210526
Revoluciones
2,065217391
1
Torque (N m)
0,057
Catalina Impulsada 2
Diámetro (mm)
Fuerza (kgf)
96
Catalina Impulsada 3
Diámetro (mm)
Fuerza (kgf)
80
Catalina Impulsada 4
Diámetro (mm)
Fuerza (kgf)
64
Catalina Impulsada 5
Diámetro (mm)
Fuerza (kgf)
54
Catalina Impulsada 6
Diámetro (mm)
Fuerza (kgf)
46
147
Tabla 4.30. Distancia Recorrida (Considerando sin inercia y relación
favorable a la fuerza necesaria)
milímetros de
Cilindro
32,00
Fuerza:
99,73
Cfron:
0,98
Ctras:
0,96
ft
Rueda:
5,64
ft
Nº Carreras/rev
2,00
carr/rev
Vel carrera:
0,64
carr/seg
Nº Carreras Tot:
744,32
carreras
Nº Tot rev
372,60
rev
Distancia:
2100,17
ft
diámetro
lb
ft por
revolución
1,72 m/rev
640,29 m
148
Tabla 4.31. Distancia Recorrida (Considerando sin inercia y relación
favorable a la distancia recorrida)
milímetros
Cilindro
32,00
de
diámetro
Fuerza:
99,73
Cfron:
1,80
Ctras:
3,23
Rueda:
47,10
Nº Carreras/rev
2,00
carr/rev
Vel carrera:
0,64
carr/seg
744,09
carreras
Nº Tot rev
372,05
rev
Distancia:
17521,77
Nº Carreras
Tot:
lb
ft por
revolución
ft
ft por
14,36 m/rev
revolución
ft
5342,00 m
149
CAPÍTULO V
5 ESTUDIO ECONÓMICO
5.1
PRESUPUESTO PARA LA BICICLETA
A continuación se presenta el informe económico para la construcción del
prototipo.
RUBROS
UNIDAD
CANTIDAD
P. UNITARIO
P. TOTAL
Bicicleta
U
1
107
107
Elementos de Inmovilización
U
1
9,135
9,135
Elementos de sujeción
U
1
4,7145
4,7145
Suministro de Gases y Aire
U
1
60,333
60,333
Elementos Neumáticos
U
1
149,8302
149,8302
Elementos de Impulso
U
1
338,1
338,1
Elem. De suministro de aire
U
1
569,793
569,793
Costo de Ensamblaje
U
1
55,335
55,335
Costo Total
1294,2407
Tabla 5.1. Presupuesto
A continuación se muestra el desglose de cada uno de los costos indicados en la
tabla 5.1.
150
5.2
ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS
ENTIDAD CONTRATANTE:
NOMBRE DEL PROYECTO:
RUBRO:
UNIDAD:
FAROLMEC
BICICLETA NEUMÁTICA
COMPRA DE BICICLETA
U
RENDIMIENTO:
K=
1 U/h
1
EQUIPOS
DESCRIPCION
CANTIDAD
A
TARIFA B
COSTO HORA
C=AxB
COSTO UNITARIO
D=CxK
Parcial
%
0
MANO DE OBRA
DESCRIPCION
CANTIDAD
A
Mecánico de
Mantenimiento de
Bicicletas
TARIFA
B
COSTO HORA
C=AxB
1
COSTO UNITARIO
D=CxK
10
%
10
Parcial
10
MATERIALES
UNIDAD
DESCRIPCION
Bicicleta
U
CANTIDA
DA
UNITARIO
B
1
CONSUMO
C=AxB
90
%
90
Parcial
90
TRANSPORTE
DESCRIPCION
UNIDAD
CANTIDA UNIDAD COSTO
DA
B
TOTAL COSTOS DIRECTOS
INDIRECTOS
IMPREVISTOS
IMPUESTOS
COSTO TOTAL DEL RUBRO
COSTO
C=AxB
%
100
5%
Tabla 5.2. Costos de la Compra de la Bicicleta
5
2
107
151
FAROLMEC
BICICLETA NEUMÁTICA
ENTIDAD CONTRATANTE:
NOMBRE DEL PROYECTO:
RUBRO:
UNIDAD:
ELEMENTOS DE INMOVILIZACION DE EJES
U
RENDIMIENTO:
K=
1 U/h
1
EQUIPOS
DESCRIPCION
CANTIDAD A
Herramienta menor
1
COSTO
HORA
C=AxB
TARIFA B
0,5
COSTO
UNITARIO
D=CxK
0,5
%
0,5
Parcial
0,5
MANO DE OBRA
DESCRIPCION
CANTIDAD A
TARIFA
B
COSTO
HORA
C=AxB
COSTO
UNITARIO
D=CxK
%
Parcial
0
MATERIALES
DESCRIPCION
Anillos Elasticos r 6
Anillos Elasticos r 8
Anillos Elasticos r 10
Anillos Elasticos r 12
UNIDAD
U
U
U
U
CANTIDAD A
UNITARIO
B
4
4
4
4
CONSUMO
C=AxB
0,15
0,15
0,25
0,25
%
0,6
0,6
1
1
Parcial
3,2
TRANSPORTE
DESCRIPCION
Vehiculo Particular
UNIDAD
U
CANTIDAD A
UNIDAD
COSTO B
1
Parcial
TOTAL COSTOS DIRECTOS
INDIRECTOS
IMPREVISTOS
IMPUESTOS
COSTO TOTAL DEL RUBRO
COSTO
C=AxB
5
%
5
5
8,7
5%
0,435
9,135
Tabla 5.3. Costo en Elementos de Inmovilización de Ejes
152
FAROLMEC
BICICLETA NEUMÁTICA
ENTIDAD CONTRATANTE:
NOMBRE DEL PROYECTO:
RUBRO:
UNIDAD:
ELEMENTOS DE SUJECIÓN
U
RENDIMIENTO:
K=
1 U/h
1
EQUIPOS
DESCRIPCION
CANTIDAD A
TARIFA B
COSTO
HORA
C=AxB
COSTO
UNITARIO
D=CxK
Parcial
%
0
MANO DE OBRA
DESCRIPCION
CANTIDAD A
TARIFA
B
COSTO
HORA
C=AxB
COSTO
UNITARIO
D=CxK
Parcial
%
0
MATERIALES
DESCRIPCION
Tornillos mm 4x30 mm
Tornillo mm 4x50 mm
Tuerca mm 4x0,7
Abrazadera 3 1/2"
Abrazadera 1 1/2"
Arandela 5/32 plana
Perno acero 3/8x2
Tuerca acero RG5 3/8
Perno 6x1.00x50
Tuerca acero RF5 3/8
Tuerca acero RG5 9/16
UNIDAD
CANTIDAD A
UNITARIO
B
CONSUMO
C=AxB
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
2
1
3
1
1
6
2
4
8
2
4
0,04
0,05
0,01
0,5
0,25
0,01
0,3
0,07
0,14
0,08
0,34
0,08
0,05
0,03
0,5
0,25
0,06
0,6
0,28
1,12
0,16
1,36
Parcial
%
4,49
TRANSPORTE
DESCRIPCION
UNIDAD
CANTIDAD A
UNIDAD
COSTO B
Parcial
TOTAL COSTOS DIRECTOS
INDIRECTOS
IMPREVISTOS
IMPUESTOS
COSTO TOTAL DEL RUBRO
COSTO
C=AxB
4,49
5%
0,2245
4,7145
Tabla 5.4. Costos de Elementos de Sujeción
%
153
FAROLMEC
BICICLETA NEUMÁTICA
ENTIDAD CONTRATANTE:
NOMBRE DEL PROYECTO:
RUBRO:
UNIDAD:
SUMINISTRO DE GASES Y AIRE
m2
RENDIMIENTO:
K=
1 U/h
1
EQUIPOS
DESCRIPCION
CANTIDAD A
TARIFA B
COSTO
HORA
C=AxB
COSTO
UNITARIO
D=CxK
%
DE ESTO SE ENCARGA LA ENTIDAD QUE SUMINISTRA
Parcial
0
MANO DE OBRA
DESCRIPCION
CANTIDAD A
TARIFA
B
COSTO
HORA
C=AxB
COSTO
UNITARIO
D=CxK
%
DE ESTO SE ENCARGA LA ENTIDAD QUE SUMINISTRA
Parcial
0
MATERIALES
UNIDAD
CANTIDAD A
UNITARIO
B
CONSUMO
C=AxB
Oxigeno Medicinal
(Obligatorio)
m3
1
7,5
7,5
Aire Comprimido
m3
6
6,66
39,96
DESCRIPCION
Parcial
%
47,46
TRANSPORTE
DESCRIPCION
Transporte de Gas
UNIDAD
CANTIDAD A
UNIDAD
COSTO B
COSTO
C=AxB
U
1
10
10
Parcial
TOTAL COSTOS DIRECTOS
INDIRECTOS
IMPREVISTOS
IMPUESTOS
COSTO TOTAL DEL RUBRO
10
57,46
5%
2,873
60,333
Tabla 5.5. Costos en la Adquisición de Gases y Aire
%
154
ENTIDAD CONTRATANTE:
NOMBRE DEL PROYECTO:
RUBRO:
UNIDAD:
FAROLMEC
BICICLETA NEUMÁTICA
ELEMENTOS NEUMÁTICOS
U
RENDIMIENTO:
K=
1 U/h
1
EQUIPOS
DESCRIPCION
CANTIDAD A
TARIFA B
COSTO
HORA
C=AxB
COSTO
UNITARIO
D=CxK
Parcial
%
0
MANO DE OBRA
DESCRIPCION
CANTIDAD A
TARIFA
B
COSTO
HORA
C=AxB
COSTO
UNITARIO
D=CxK
Parcial
%
0
MATERIALES
DESCRIPCION
UNIDAD
CANTIDAD A
UNITARIO
B
CONSUMO
C=AxB
Válvula 5/2 1/4" P/R
Válvula 3/2 1/8 Botón
Regulador de Caudal 4mm
Conector recto 4mm 1/4"
Conector recto 4mm 1/8"
Silenciador bronce 1/8"
Tubo poliuretano 4x2,5mm
Conector T 4mm
Conector codo 1/8" 4mm
U
U
U
U
U
U
m
U
U
1
1
1
3
4
4
6
1
2
54,9
37,55
8,5
1,33
1,3
1,32
0,44
1,9
1,55
54,9
37,55
8,5
3,99
5,2
5,28
2,64
1,9
3,1
Parcial
%
123,06
TRANSPORTE
DESCRIPCION
Vehiculo Particular
UNIDAD
CANTIDAD A
UNIDAD
COSTO B
COSTO
C=AxB
U
1
5
5
Parcial
TOTAL COSTOS DIRECTOS
INDIRECTOS
IMPREVISTOS
5%
IMPUESTOS
12%
COSTO TOTAL DEL RUBRO
5
128,06
6,403
15,3672
149,8302
Tabla 5.6. Costos de los Elementos Neumáticos
%
155
ENTIDAD CONTRATANTE:
NOMBRE DEL PROYECTO:
RUBRO:
UNIDAD:
FAROLMEC
BICICLETA NEUMÁTICA
ELEMENTOS DE IMPULSO
U
RENDIMIENTO: 0,0833 U/h
K=
12,0048019
EQUIPOS
DESCRIPCION
CANTIDAD
A
TARIFA B
COSTO
HORA
C=AxB
COSTO
UNITARIO
D=CxK
Parcial
%
0
MANO DE OBRA
DESCRIPCION
CANTIDAD
A
TARIFA
B
COSTO
HORA
C=AxB
COSTO
UNITARIO
D=CxK
%
%
Parcial
MATERIALES
DESCRIPCION
Cilindros Neumáticos
Diámetro 32 x 400 mm
de Carrera (Metalworks)
UNIDAD
CANTIDAD
A
UNITARIO
B
CONSUMO
C=AxB
U
2
156
312
Parcial
312
TRANSPORTE
DESCRIPCION
Vehiculo Particular
UNIDAD
CANTIDAD
A
UNIDAD
COSTO B
COSTO
C=AxB
U
1
10
10
Parcial
TOTAL COSTOS DIRECTOS
INDIRECTOS
IMPREVISTOS
IMPUESTOS
COSTO TOTAL DEL RUBRO
10
322
5%
16,1
338,1
Tabla 5.7. Costos de los Cilindros Neumáticos
%
156
FAROLMEC
BICICLETA NEUMÁTICA
ENTIDAD CONTRATANTE:
NOMBRE DEL PROYECTO:
RUBRO:
UNIDAD:
ELEMENTOS PARA SUMINISTRO DE AIRE
UNIDAD
RENDIMIENTO:
K=
1 U/h
1
EQUIPOS
DESCRIPCION
Prensa
Torno
Herramienta menor
CANTIDAD A
TARIFA B
COSTO
HORA
C=AxB
COSTO
UNITARIO
D=CxK
%
Estos Costos estan incluidos en el costo de la mano de obra
Parcial
0
MANO DE OBRA
DESCRIPCION
Tornero
Mecánico general
CANTIDAD A
1
1
TARIFA
B
8
2
COSTO
HORA
C=AxB
COSTO
UNITARIO
D=CxK
8
2
8
2
Parcial
%
10
MATERIALES
DESCRIPCION
Conector recto 4mmx1/4"
Tanque de 1 metro cubico
Regulador de presión
Válvulas de Ox A/P
UNIDAD
CANTIDAD A
UNITARIO
B
CONSUMO
C=AxB
U
U
U
U
2
2
2
2
1,33
160
60
40
2,66
320
120
80
Parcial
%
522,66
TRANSPORTE
DESCRIPCION
Vehiculo Particular
UNIDAD
CANTIDAD A
UNIDAD
COSTO B
COSTO
C=AxB
U
1
10
10
Parcial
TOTAL COSTOS DIRECTOS
INDIRECTOS
IMPREVISTOS
IMPUESTOS
COSTO TOTAL DEL RUBRO
10
542,66
5%
27,133
569,793
Tabla 5.8. Costos de los Elementos de Suministro de Aire
%
157
ENTIDAD CONTRATANTE:
NOMBRE DEL PROYECTO:
RUBRO:
UNIDAD:
FAROLMEC
BICICLETA NEUMÁTICA
COSTOS DE ENSAMBLAJE
U
RENDIMIENTO:
K=
1 U/h
1
EQUIPOS
DESCRIPCION
Herramienta menor
Soldadora 300 amps
Esmeril de pedestal
Taladro de Pedestal
CANTIDAD A
TARIFA B
COSTO
HORA
C=AxB
COSTO
UNITARIO
D=CxK
1
1
1
1
0,5
5
0,5
1
0,5
5
1
2
0,5
5
1
2
Parcial
%
8,5
MANO DE OBRA
DESCRIPCION
Mecánico General
CANTIDAD A
TARIFA
B
COSTO
HORA
C=AxB
1
COSTO
UNITARIO
D=CxK
%
20
Parcial
20
MATERIALES
DESCRIPCION
Plantina 3/8"
Placa 3/8"
Electrodos E 6011
Varilla lisa de 12 mm
Cuadrado 5x5
Platina 1/8"
Remaches 5/16x1/2"
Grasa amarilla
Teflon
Cinta adhesiva de caucho
Variila lisa 9/16
Pintura anticorrosiva
Masilla automotriz
Lijas
UNIDAD
CANTIDAD A
UNITARIO
B
CONSUMO
C=AxB
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
1
1
3
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
6
1
1
3
1
1
0,1
0,25
0,25
0,5
1
3
2
2
6
1
3
3
1
1
0,2
0,25
0,25
0,5
1
3
2
2
Parcial
%
24,2
TRANSPORTE
DESCRIPCION
UNIDAD
CANTIDAD A
UNIDAD
COSTO B
Parcial
TOTAL COSTOS DIRECTOS
INDIRECTOS
IMPREVISTOS
IMPUESTOS
COSTO TOTAL DEL RUBRO
COSTO
C=AxB
52,7
5%
Tabla 5.9. Costos de Ensamblaje
2,635
55,335
%
158
5.3
ANÁLISIS ECONÓMICO PARA
LA ADQUISICIÓN DE UN
COMPRESOR DE ALTA PRESIÓN
El siguiente análisis se realiza en el caso de que la empresa decidiera adquirir un
compresor de alta presión para el llenado de los acumuladores que la bicicleta
utiliza.
La adquisición
del compresor de alta presión se lo realizaría en el caso de
comercializar la bicicleta.
Tabla 5.10. Costo del Compresor
El
costo
Inversión Inicial:
25000
USD
Vida Util:
20
años
Valor residual
5000
USD
del
compresor
fue
proporcionado
por
la
empresa
KOMPRESSOREN AG.
Tabla 5.11. Datos Técnicos del Compresor
Presion:
Potencia:
Máxima
350
bares
Mínima:
90
bares
Máxima
5,5
kW
Mínima:
3,3
kW
Potencia a 160 bares de Presión:
3,89
kW
HAUG
159
Caudal:
5.3.1
Máxima
28
m^3/h
Mínima:
12
m^3/h
Caudal suministrado a 3,89 kW:
16,29
SIMBOLOGÍA
C.- Capital
i.- Tasa de interés anual
n.- Número de años
RC.- Retorno de Capital
C.R.C.- Coeficiente de retorno de capital
V.A.R.- Valor Actual Residual.
VRE.- Valor real.
VR.- Valor residual.
C.V.A.- Coeficiente de valor actual
D.E.A.- Depreciación Económicamente Activa
5.3.2
FORMULARIO ECONÓMICO
Retorno de Capital
ؓ“ |)%
. “. Z¶W
*
Coeficiente de Retorno de capital
“. . “. )1 )]
1 )] 1
Valor Actual
ؓZ+ |)%
Z. +. “W
*
Valor Actual Residual
ؓZ+ |)%
Z. +. Z. W
*
Coeficiente de valor actual
m^3/h
160
ؓ. Z. +. |)%
*
1 )V]
Depreciación Económicamente Activa
¼. ¶. +. . “.
5.3.2.1
ì3¼
#ñ@
Cálculo
La tasa de interés que se utilizará para el cálculo será del 12%, tasa de interés con
la cual los bancos trabajan.
)1 )]
“. . “. 1 )] 1
* 20
0,12 " 1 0.129¸
“. . “. 1 0.129¸ 1
“. . “. 0,134
Z¶ “ Z+
ؓ. Z. +|)%
Z. +. . ZW
*
ؓ. Z. +|)%
1 )V]
*
ؓ. Z. +|)%
1 0.12V9¸
*
ؓ. Z. +|)%
0,103
*
Z. +. . 5000 " 0,103
Z. +. 518,33 ì3¼
Z¶ 25000 518,33
Z¶ 24481,67 ì3¼
ؓ“ |)%
. “. Z¶W
*
. “. 24481,67 " 0,103
. “. 3277,57 ì3¼
¼. ¶. +. . “.
ì3¼
#ñ@
161
¼. ¶. +. 3277,57
5.3.3
ì3¼
#ñ@
ANÁLISIS DE PUNTO DE EQUILIBRIO
El análisis del punto de equilibrio mostrará a la empresa el número de
acumuladores que tendría que llenar al día para tener rentabilidad.
Tabla. 5.12. Costo de Mantenimiento del Compresor
300
USD/año
0,82
USD/día
Costo de Mantenimiento:
Tabla 5.13. Depreciación Económicamente Activa
Dep. Econom. Activa
3277,58
USD/año
8,98
USD/día
Tabla 5.14. Información técnica para el llenado de acumuladores de 1 m3
Tiempo:
0,061
horas
Potencia:
3,890
kW
Energía:
0,238
kW-h
Precio:
0,060
USD/kW-h
162
Tabla 5.15. Punto de Equilibrio para compresor de alta Presión
m^3/diarios
1
60
120
180
240
275
300
360
420
480
540
Costos de Operación:
0,014
0,858
1,716
2,574
3,432
3,933
4,290
5,148
6,006
6,864
7,722
Costos de Mantenimiento:
0,822
0,822
0,822
0,822
0,822
0,822
0,822
0,822
0,822
0,822
0,822
Depreciación
8,98
8,98
8,98
8,98
8,98
8,98
8,98
8,98
8,98
8,98
8,98
COSTOS TOTALES
9,82
10,66
11,52
12,38
13,23
13,73
14,09
14,95
15,81
16,67
17,52
INGRESOS
0,05
3
6
9
12
13,75
15
18
21
24
27
EGRESOS:
RENTABILIDAD
-9,77
-7,66
-5,52
-3,38
-1,23
0,02
0,91
3,05
5,19
7,33
9,48
163
Gráfico 5.1. Punto de Equilibrio
PUNTO DE EQUILIBRIO PARA COMPRESOR DE ALTA PRESIÓN
30
25
DÓLARES
20
Ingresos
15
Costos Totales
10
5
0
0
100
200
300
400
500
600
METROS CUBICOS DE AIRE VENDIDOS POR DÍA
La
empresa
debería
llenar
275
acumuladores
diariamente
para
no
tener
pérdidas
164
CAPITULO VI
6 PROTOCOLO DE PRUEBAS
6.1 PROTOCOLO
DE
PRUEBAS
PARA
LA
BICICLETA
IMPULSADA POR AIRE COMPRIMIDO
Para el protocolo de pruebas se tendrá en cuenta las condiciones ambientales
como la temperatura, la humedad y la presión atmosférica.
6.1.1
MATERIALES UTILIZADOS
•
Termómetro.
•
Algodón.
•
Agua.
•
Cartas Psicrométricas.
•
Bicicleta Impulsada por aire comprimido.
•
Aire comprimido a alta presión.
•
Pista plana.
•
Casco.
•
Cronómetro.
•
Flexómetro.
•
Sonómetro.
6.1.2
DATOS DE CONDICIONES AMBIENTALES
Temperatura Bulbo Seco:
Temperatura Bulbo Humedo:
Presion Atmosferica:
Humedad Relativa
71,6
F
51
F
10,40
50
psia
%
Volumen Específico:
19,65
pies^3/lbm aire seco
Entalpía Específica:
41,9
Btu/lbm aire seco
Contenido de agua:
0,0218
Altura:
2800
lb agua/lb aire
msnm
Tabla 6.1. Condición Ambiental
165
6.1.3
DATOS DEL EQUIPO
Nombre:
Bicicleta
Tipo:
Montañera
Placa:
Marca:
Oxford
Modelo:
Neumática
Año:
2002
Pais:
U.S.A.
Cilindraje:
640 cc
Tonelaje:
0,25 T
Carrocería:
Metal
Combustible:
Motor:
Pasajeros:
Aire comprimido
Energía:
1
Presión:
1250
psi
Tabla 6.2. Datos Técnicos
Inversión Inicial:
1300
USD
Mantenimiento Anual:
50
USD/año
Costos de Operación:
547,5
USD/año
Vida Util:
10
años
Valor Residual:
0
USD
Tabla 6.3. Costos del equipo
6.1.4
DATOS DEL COMBUSTIBLE
Nombre:
Aire Comprimido
Composición Química:
Nitrógeno 79%, Oxigeno 21%
Costo:
6,67
USD/m^3
81,1385
kJ/m3
1,2
kg/m3
Energía del Aire
comprimido:
Densidad Normal:
Tabla 6.4. Composición Química y Costo
166
Incremento Anual:
8
%
Precio de Aire Comprimido:
2005
5,776
m^3
2006
5,893
m^3
2007
6,014
m^3
2008
6,136
m^3
2009
6,670
m^3
Tabla 6.5. Proyección del Costos del Aire comprimido
6.1.5
DATOS OBTENIDOS EN LA PRUEBA
Revoluciones por minuto:
Indeterminado
Velocidad de Prueba:
7
km/h
Distancia Recorrida:
1,17
km
Combustible Consumido:
800
l
Tiempo de Prueba:
10
min
Tabla 6.6. Datos de Funcionamiento
CO:
0
% Vol
HC:
0
ppm
O2:
0
% Vol
MIN:
0
% Vol CO + CO2
MAX:
0
% Vol CO + CO2
Dilución:
Tabla 6.7. Contaminación de Gases
Ruido:
60
dbA
Tabla 6.8. Niveles de Ruido
167
6.1.6
CÁLCULOS
Consumo de Aire:
Distancia recorrida:
Tiempo de Prueba:
Costo del aire:
800
1,17
10
6,67
l
km
min
USD/m3
Tabla 6.9. Datos
6.1.6.1 Simbología
CA = Consumo de Aire
CAH = Consumo de Aire por Hora.
CAK = Consumo de Aire por Kilómetro
DRD = Distancia Recorrida por cada dólar.
EN = Energía que Entra.
EAC = Energía del aire comprimido
ES = Energía que sale.
ò Eficiencia del Motor
6.1.6.2 Fórmulas
“+ “+
?)>[email protected] <> B%>#
“+
¼)?#*$)# >[email protected])<#
¼)?#*$)# >[email protected])<#
¼¼ “@[email protected] <> +)B>
“+° ¶[ ¶+“ " 0,8
¶3 1EÂ_”1”1 " ¼)?#*$)# B>[email protected])<#
éB<)<# ¶[ ¶3
ò
¶3
" 100%
¶[
1EÂ_51”1 22,3 [
Nota: Ver el valor de la energía del aire comprimido en el Anexo B
168
Tabla 6.10. Resultados
Consumo de aire por hora:
4.800,000
l/h
683,761
l/km
Distancia recorrida por m3:
1,463
km/m^3
Distancia recorrida por cada USD:
0,219
km/USD
Energía del Aire Comprimido:
81,138
kJ/m3
Energía que entra:
32,455
kJ
Energia que sale:
26,086
kJ
Perdidas:
6,370
kJ
Eficiencia Motor:
80,374
%
Consumo de aire por kilometro:
Potencia
86,20 W
6.2 PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA UNA MOTOCICLETA A
GASOLINA
6.2.1
MEDICIÓN DE LA CONDICIÓN AMBIENTAL
Temperatura Bulbo Seco:
Temperatura Bulbo Humedo:
Presion Atmosferica:
Humedad Relativa
71,6
F
51
F
10,40
50
psia
%
Volumen Específico:
19,65
pies^3/lbm aire seco
Entalpía Específica:
41,9
Btu/lbm aire seco
Contenido de agua:
0,0218
Altura:
2800
lb agua/lb aire
msnm
Tabla 6.11. Condición Ambiental
169
6.2.2
DATOS DEL EQUIPO
Nombre:
Tipo:
Placa:
Marca:
Modelo:
Motocicleta
Paseo
P028374
Honda
XLR-125
Año:
2003
Pais:
Colombía
Cilindraje:
125 cc
Tonelaje:
0,25 T
Carrocería:
Metal
Combustible:
Motor:
Gasolina
4 tiempos
Pasajeros:
1
Tabla 6.12. Datos Técnicos de la Moto
6.2.3
DATOS DE COMBUSTIBLE
Nombre:
Gasolina Extra
C8H18
Composición Quimica:
Costo:
Energía del Combustible:
44430
kJ/kg
Densidad:
0,703
kg/l
37
Tabla 6.13. Datos Técnicos de la Gasolina
37
Nota: La energía del combustible fue obtenido del Libro de Termodinámica de Cengel, Cuarta edición,
170
Incremento Anual:
8
%
Precio del Combustible:
2005
1,16
gal US
2006
1,2
gal US
2007
1,3
gal US
2008
1,4
gal US
2009
1,48
gal US
Tabla 6.14. Historial del Precio de la Gasolina
6.2.4
DATOS OBTENIDOS DE LA PRUEBA
Revoluciones por minuto:
Indeterminado
Velocidad de Prueba:
15 a 25
km/h
Distancia Recorrida:
14,25
km
Combustible Consumido:
0,15
l
Tiempo de Prueba:
52
min
Tabla 6.15. Información de Funcionamiento
CO:
1
% Vol
HC:
100
ppm
O2:
3.0
% Vol
MIN:
13
% Vol CO + CO2
MAX:
16,5
% Vol CO + CO2
Dilución:
Tabla 6.16. Emanación de Gases Tóxicos
Ruido:
85
dbA
Tabla 6.17. Emisión de Ruido
Las pruebas fueron realizadas bajo las siguientes condiciones:
•
Prueba estática en ralentí y a 2500 rpm.
•
Medición de contaminantes: CO y HC (analizador de gases).
•
NTE INEN 2203:99 Método.
171
•
6.2.5
NTE INEN 2204:99 Límites.
CÁLCULOS
Consumo de Combustible:
Distancia recorrida:
Tiempo de Prueba:
Costo de Combustible:
Peso de Combustible:
0,19
14,25
52
1,48
0,13357
l
km
min
USD / gal
kg
Tabla 6.18. Datos Obtenidos en la prueba
6.2.5.1 Simbología
CC = Consumo de combustible
CCH = Consumo de combustible por Hora.
CCK = Consumo de combustible por Kilómetro
DRD = Distancia Recorrida por cada dólar.
EN = Energía que entra al sistema.
EC = Energía del combustible.
ES = Energía que sale del sistema.
ò Eficiencia del Motor
6.2.5.1.1 Fórmulas
““ ““
?)>[email protected] <> B%>#
““
¼)?#*$)# >[email protected])<#
¼)?#*$)# >[email protected])<#
¼¼ “@[email protected] <> [email protected]%?)>
““° ¶[ ¶“ " 0,133
¶3 1EÂ_”1”1 " ¼)?#*$)# B>[email protected])<#
éB<)<# ¶[ ¶3
ò
¶3
" 100%
¶[
1EÂ_51”1 120,39 [
.
172
Tabla 6.19. Resultados
Consumo de aire por hora:
4.800,000
l/h
683,761
l/km
Distancia recorrida por m3:
1,463
km/m^3
Distancia recorrida por cada USD:
0,219
km/USD
Energía del Aire Comprimido:
81,138
kJ/m3
Energía que entra:
64,911
kJ
Energia que sale:
52,171
kJ
Perdidas:
12,739
kJ
Eficiencia Motor:
80,374
%
Consumo de aire por kilometro:
6.3 COMPARACIÓN ECONÓMICA ENTRE LA MOTOCICLETA Y
LA BICICLETA NEUMÁTICA
6.3.1
MOTOCICLETA DE 125 CC (4 TIEMPOS)
Inversión Inicial:
4000
USD
Costos de Mantenimiento:
100
USD/año
25% Incremento Anual
Tabla 6.20. Costo de una motocicleta de 125 cc.
Aceite:
Gasolina:
15
0,005
USD / 2000 km.
USD / km.
10% Incremento Anual
8% Incremento Anual
Tabla 6.21. Costos Operacionales
Matricula:
Revisión:
SOAT:
60
20
25
USD/año
USD/año
USD/año
5% Incremento Anual
10% Incremento Anual
10% Incremento Anual
Tabla 6.22. Costos para la legalización
173
10
años
Tabla 6.23. Vida Útil
6.3.2
BICICLETA NEUMÁTICA
Inversión Inicial:
1300
USD
Costos de Mantenimiento:
50
USD/año
25% Incremento Anual
Tabla 6.24. Costos de la bicicleta neumática
Aire
0.05
USD/m
3
Incremento anual 8%
Tabla 6.25. Costos Operacionales
Matricula:
Revisión:
SOAT:
0
0
0
USD/año
USD/año
USD/año
Tabla 6.26. Costos de Legalización para la Bicicleta Neumática
10
años
Tabla 6.27. Vida Útil
174
6.4 PROYECCIÓN DE LOS COSTOS
6.4.1 MOTOCICLETA
AÑO
Inversion Inicial
Costos Mantenimiento
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
100,00
125,00
156,25
195,31
244,14
305,18
381,47
476,84
596,05
745,06
54,75
82,13
59,13
90,34
63,86
99,37
68,97
109,31
74,49
120,24
80,45
132,26
86,88
145,49
93,83
160,04
101,34
176,04
109,45
193,65
60,00
20,00
25,00
63,00
22,00
27,50
66,15
24,20
30,25
69,46
26,62
33,28
72,93
29,28
36,60
76,58
32,21
40,26
80,41
35,43
44,29
84,43
38,97
48,72
88,65
42,87
53,59
93,08
47,16
58,95
341,88
386,97
440,08
502,94
577,68
666,93
773,97
902,83 1058,54 1247,34
4000,00
Costos de Operación:
Gasolina
Aceite
Costos Legales:
Matrícula
Revisión
SOAT
Costos Totales
VAN (para cada año)
0,00
4000,00
4341,88 4728,84 5168,92 5671,87 6249,55 6916,48 7690,45 8593,27 9651,81 10899,15
Tabla 6.28 Cálculo de VAN Anual de la Motocicleta de 125 cc
175
6.4.2 BICICLETA NEUMÁTICA
AÑO
Inversion Inicial
Costos Mantenimiento
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
50,00
62,50
78,13
97,66
122,07
152,59
190,73
238,42
298,02
372,53
547,50
591,30
638,60
689,69
744,87
804,46
868,81
938,32 1013,38 1094,46
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
597,50
653,80
716,73
787,35
866,94
1300,00
Costos de Operación:
Aire
Costos Legales:
Matrícula
Revisión
SOAT
Costos Totales
VAN (para cada año)
0,00
1300,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
957,05 1059,55 1176,74 1311,41 1466,98
1897,50 2551,30 3268,03 4055,38 4922,32 5879,36 6938,91 8115,65 9427,05 10894,04
Tabla 6.29 Cálculo de VAN Anual de la Bicicleta Neumática
176
Tabla 6.30. Cálculo del VAN en Valor Actual (Motocicleta)
Tasa de Interes
Valor Actual Neto 0
Valor Actual Neto 1
Valor Actual Neto 2
Valor Actual Neto 3
Valor Actual Neto 4
Valor Actual Neto 5
Valor Actual Neto 6
Valor Actual Neto 7
Valor Actual Neto 8
Valor Actual Neto 9
Valor Actual Neto 10
VAN
12
4000,00
3876,67
3769,80
3679,14
3604,57
3546,16
3504,11
3478,77
3470,68
3480,54
3509,23
%
39931,68
USD
Tabla 6.31. Cálculo del VAN en Valor Actual (Bicicleta Neumática)
Tasa de Interes
Valor Actual Neto 0
Valor Actual Neto 1
Valor Actual Neto 2
Valor Actual Neto 3
Valor Actual Neto 4
Valor Actual Neto 5
Valor Actual Neto 6
Valor Actual Neto 7
Valor Actual Neto 8
Valor Actual Neto 9
Valor Actual Neto 10
VAN
12
1300,00
1694,20
2033,88
2326,12
2577,27
2793,05
2978,67
3138,81
3277,77
3399,49
3507,59
29038,85
%
USD
177
Gráfico 6.1 Comparación Económica entre la Motocicleta y la
Bicicleta
Neumática
GRAFICO DE COSTOS ANUALES DE LAS ALTERNATIVAS
12000
10000
DOÓLARES
8000
6000
4000
2000
0
0
2
4
6
8
10
12
AÑOS
VAN MOTOCICLETA
VAN BICICLETA
Conclusión
Se puede notar que la bicicleta neumática y el motocicleta de 125 cc de cuatro
tiempos a gasolina, al cabo de 10 años presentan el mismo gasto.
178
CAPITULO 7
7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
7.1 CONCLUSIONES
1. El aire comprimido puede ser utilizado como fuente de energía en un medio
de transporte.
2. El precio de la gasolina es bajo dado a los subsidios del gobierno, mientras
que el precio del aire comprimido es alto, dado a que las empresas que lo
distribuyen incluyen en el mismo un alto porcentaje de ganancia.
3. Para la adquisición de una motocicleta de gasolina de 125 centímetros
cúbicos se necesita de una inversión inicial del triple o cuádruple de la
inversión necesaria en una bicicleta neumática.
4. Los costos de operación de una motocicleta son más bajos que en el caso
de una bicicleta neumática, sin embargo la motocicleta tiene gastos
adicionales como: matricula, SOAT, revisión vehicular, además de un costo
más alto en lo que a mantenimiento anual se refiere, en la bicicleta
neumática los costos legales no existen y los costos de mantenimiento
anual son bajos.
5. En la bicicleta neumática no se necesita revisión vehicular ya que la
contaminación ambiental producida por su funcionamiento es reducida.
6. El aire comprimido puede ser una energía rentable siempre y cuando se
logre distribuir a un máximo de 0,05 USD por metro cúbico y sujeto a un
máximo incremento de 8 % anual.
7. Para obtener un mayor tiempo de funcionamiento de la bicicleta neumática
se debe tratar de comprimir el aire a la máxima presión posible.
8. En el caso de necesitar más fuerza para subir cuestas pronunciadas se
debe utilizar cilindros neumáticos de mayor diámetro o subir la presión de
trabajo.
9. En el caso de ser necesaria mayor velocidad que la suministrada por la
bicicleta prototipo se debe incrementar el número de tanques y conectarlos
en paralelo para aumentar el caudal o subir la presión de trabajo.
179
10. No es necesario utilizar filtro y sistema de lubricación de aire cuando se
utiliza cilindros neumáticos lubricados.
7.2
RECOMENDACIONES
1. Utilizar todos los implementos de seguridad para proceder al manejo de la
bicicleta, estos incluyen casco, guantes, rodilleras. Coderas, etc.
2. Antes de proceder a manejar la bicicleta se debe revisar previamente:
presión de aire en los tanques, (presión de trabajo 80 psi) se puede variar
el rango de la presión en ó20 psi, teniendo en cuenta que al reducir la
presión reducirá la fuerza de la bicicleta pero disminuirá el consumo de
aire, al aumentar la presión también aumentará la fuerza de la bicicleta
pero el consumo de aire será mayor.
3. Revisar los sistemas mecánicos como son frenos, cadena de transmisión,
anillos elásticos, ejes de rotación.
4. Asegurarse que no haya ningún tipo de fuga de aire, ya que una fuga en el
sistema de aire comprimido desemboca en una perdida extremadamente
rápida de presión, en este caso de energía.
5. La
bicicleta
neumática
es
para
un
solo
pasajero, dado
a
las
especificaciones técnicas de sus componentes con los cuales fue
diseñada, tanto en sus partes neumáticas como mecánicas.
6. Evitar que la humedad produzca corrosión en los componentes de la
bicicleta neumática, para mantener un correcto funcionamiento.
180
BIBLIOGRAFÍA
•
American Institute of Steel Construction, “Manual of Steel Construction”,
Octava edición.
•
Apuntes y Experiencia adquirida en el SEMINARIO DE NEUMÁTICA
APLICADA, junio del 2008 (Expositor: Ing. Fernando Jácome).
•
CARNICER royo, (1980), “Aire Comprimido Neumática”, Editorial Gustavo
Pili S.A., Barcelona.
•
CARULLA Miguel, (1993), “Circuitos Básicos de Neumática”, Editorial Alfa
omega, México.
•
FOX Robert w. (1993), Introducción a la Mecánica de Fluidos, México,
McGRAW-HILL.
•
HESSE
Stefan,
(2000),
“99
Ejemplos
Prácticos
de
Aplicaciones
Neumáticas”.
•
INEN, “Catálogo de Dibujo Mecánico”.
•
JIMENEZ Luis, (1979), “Manual de Neumática”, Editorial Blume, Barcelona.
•
MABIE Hamilton, (1995), “Mecanismos y Dinámica de Máquinas”, Editorial
Limusa, España.
•
MERIAM, (1981), “Dinámica”, Editorial Reveté, España.
•
MIRALIUVOV, “Resistencia de Materiales”, Moscú, 1981.
•
SHIGLEY Joseph, (1983), “Teoría de Máquinas y Mecanismos”, Editorial
McGraw-Hill, México.
•
SHIGLEY Joseph, (1989), “Manual de Diseño Mecánico”, Editorial
McGraw-Hill, México.
181
ANEXO A1
“ELAVORACIÓN DE ENCUESTAS”
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
PROYECTO DE TITULACION
ENCUESTA
A1.1. RECIBA UN CORDIAL SALUDO
Somos egresados de la Facultad de Ingeniería Mecánica.
La presente encuesta tiene como objetivo averiguar si usted estaría dispuesto (a)
a modificar su bicicleta instalando en la misma un sistema de propulsión de aire
comprimido, además obtener información sobre los requerimientos técnicos para
el diseño del sistema de propulsión.
POR FAVOR MARQUE CON UNA X SEGÚN CREA CONVENIENTE
PERFIL DE LA PERSONA ENCUESTADA:
Persona Encuestada:………………………………………………………………
CUESTIONARIO
1. ¿Tiene problemas al transportarse de un lugar a otro en la ciudad de Quito?
SI
NO
2. ¿Estaría dispuesto a trasladarse a su lugar de trabajo o estudio en una
bicicleta?
SI
NO
SI SU RESPUESTA ES NO, ESPECIFIQUE EL PORQUE DE SU RESPUESTA.
………………………………………………………………………………………………
3. ¿Dispone usted de una bicicleta?
SI
NO
Si su respuesta es negativa pase a la pregunta 5.
4. SI DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a instalar en esta un
sistema de propulsión que facilite su trasporte?
SI
NO
Si su respuesta es afirmativa pase a la pregunta 6. Caso contrario GRACIAS por
su colaboración.
5. SI NO DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a adquirir una?
SI
NO
Si su respuesta es negativa GRACIAS POR SU COLABORACIÓN
SI SU RESPUESTA ANTERIOR ES AFIRMATIVA:
Instalaría
el sistema
No instalaría
de
el sistema
Propulsión
de propulsión
6. Cuál es la distancia aproximada que recorre diariamente:
¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨
7. Cuanto tiempo se demora en ir a su destino
15 minutos a 30 minutos________ 31 minutos a 1 hora_________ 1 hora o
más________
8. Su edad está entre los:
15 – 25 años
26 – 35 años
Más de 36 años
GRACIAS POR SU COLABORACIÓN!!
A1.2. JUSTIFICACION DE LAS PREGUNTAS REALIZADAS EN LA ENCUESTA
CUESTIONARIO
1) ¿Tiene problemas al transportarse de un lugar a otro en la ciudad de
Quito?
SI
NO
Objetivo: Comprobar el problema existente en el transporte público en la ciudad
de Quito.
2) ¿Estaría dispuesto a trasladarse a su lugar de trabajo o estudio en una
bicicleta?
SI
NO
SI SU RESPUESTA ES NO, ESPECIFIQUE EL PORQUE DE SU
RESPUESTA.
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………
Objetivo: Conocer el interés que las personas tendrían en la utilización de un
nuevo medio de transporte.
3) ¿Dispone usted de una bicicleta?
NO
SI
Si su respuesta es negativa pase a la pregunta 5.
Objetivo: Saber si las personas cuentan con una bicicleta.
4) SI DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a instalar en esta un
sistema de propulsión que facilite su trasporte?
SI
NO
Si su respuesta es afirmativa pase a la pregunta 6. Caso contrario Gracias
por su colaboración.
Objetivo: Averiguar si las personas incorporarían un sistema de propulsión a su
bicicleta, que les facilite el movilizarse.
5) SI NO DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a adquirir una?
SI
NO
Si su respuesta es negativa GRACIAS POR SU COLABORACIÓN
SI SU RESPUESTA ANTERIOR ES AFIRMATIVA:
Instalaría
No instalaría
el sistema
el sistema
de
de
Propulsión
propulsión
Objetivo: Averiguar si las personas estarían dispuestas a adquirir una bicicleta
que tenga un sistema de propulsión.
6) Cuál es la distancia aproximada que recorre diariamente:
¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨
Objetivo: Saber la distancia que se trasladan diariamente las personas.
7) Cuanto tiempo se demora en ir a su destino
15 minutos a 30 minutos________31 minutos a 1 hora___________ 1 hora o
más________
Objetivo: Conocer el tiempo que las personas encuestadas se tardan en llegar a
su destino.
8) Su edad está entre los:
15 – 25 años
26 – 35 años
Más de 36 años
Objetivo: Investigar el segmento de mercado en el que tendría mayor acogida el
producto.
ANEXO A2
“Presentación de resultados
de la Encuestas Realizadas”
1. ¿Tiene problemas al transportarse de un lugar a otro en la ciudad de Quito?
SI
NO
Tabla A 2.1. Pregunta 1
Nombre
Sí
No
1
Juan Chiriboga
x
2
Marcos Morales
x
3
Daniel Peralta
x
4
José Calderón
x
5
Marco León
6
Michael Campoverde
x
7
Ricardo Racines
x
8
Renato Garrido
x
9
Marco Morales
x
10
Santiago Araujo
x
11
Lucio Rojas
x
12
Diana Oña
x
13
Dina Ibadongo
x
14
Belén Andrade
x
15
Paúl Ruiz
x
16
Byron Loarte
x
17
Anónimo
x
18
Jessica Morales
19
Salomé Idrobo
20
Adrián Yepez
x
21
César Palmay
x
22
Juan Villacís
23
Jorge Sarango
x
24
David Ramírez
x
25
Christian Montenegro
x
26
Christian Calvachi
x
x
x
x
x
27
Hugo Gangotena
x
28
Moorilú Chuico
x
29
Fausto Carrera
x
30
Pamela Díaz
x
31
José Cuichán
x
32
Marcelo Llugsi
x
33
Pablo Herrera
x
34
Madelyne Carrera
x
35
Carmen Ochoa
x
36
Estefanía Arámbulo
x
37
Dayana Clanjoy
38
Estefanía Zuleta
39
Celia Andrade
x
40
Gabriel Vizuete
x
41
Jairo Revelo
x
42
Pablo Salamea
x
43
Santiago Morales
x
44
José Dávila
x
45
Joaquín Sanango
x
46
Luis Herrera
x
47
Santiago Álvarez
48
Alejandro Santillán
x
49
Jacqueline Chicaiza
x
50
Kleber Quinga
x
51
Cristian Quishpe
x
x
x
x
Sí
No
34
17
66,67%
33,33%
2. ¿Estaría dispuesto a trasladarse a su lugar de trabajo o estudio en una
bicicleta?
SI
NO
SI SU RESPUESTA ES NO, ESPECIFIQUE EL PORQUE DE SU RESPUESTA.
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Tabla A 2.2. Pregunta 2
Nombre
Sí
No
1
Juan Chiriboga
x
2
Marcos Morales
x
3
Daniel Peralta
x
4
José Calderón
x
5
Marco León
x
6
Michael Campoverde
x
7
Ricardo Racines
x
8
Renato Garrido
x
9
Marco Morales
10
Santiago Araujo
x
11
Lucio Rojas
x
12
Diana Oña
x
13
Dina Ibadongo
x
14
Belén Andrade
15
Paúl Ruiz
16
Byron Loarte
17
Anónimo
x
18
Jessica Morales
x
19
Salomé Idrobo
x
20
Adrián Yepez
x
21
César Palmay
x
22
Juan Villacís
23
Jorge Sarango
x
x
x
x
x
x
24
David Ramírez
x
25
Christian Montenegro
x
26
Christian Calvachi
x
27
Hugo Gangotena
x
28
Moorilú Chuico
x
29
Fausto Carrera
x
30
Pamela Díaz
x
31
José Cuichán
x
32
Marcelo Llugsi
33
Pablo Herrera
34
Madelyne Carrera
x
35
Carmen Ochoa
x
36
Estefanía Arámbulo
x
37
Dayana Clanjoy
x
38
Estefanía Zuleta
x
39
Celia Andrade
x
40
Gabriel Vizuete
x
41
Jairo Revelo
x
42
Pablo Salamea
x
43
Santiago Morales
x
44
José Dávila
45
Joaquín Sanango
x
46
Luis Herrera
x
47
Santiago Álvarez
x
48
Alejandro Santillán
x
49
Jacqueline Chicaiza
50
Kleber Quinga
x
51
Cristian Quishpe
x
x
x
x
x
Sí
No
26
25
50,98%
49,02%
SI SU RESPUESTA ES NO, ESPECIFIQUE EL PORQUE DE SU RESPUESTA.
……………………………………………………………………………………………
Tabla A 2.3. Extensión de Pregunta 2
Nombre
Razón por la que la respuesta fue Negativa
1
Juan Chiriboga
Vive Lejos
2
Ricardo Racines
Vive lejos
3
Renato Garrido
Vive lejos
4
Santiago Araujo
No le interesa
5
Lucio Rojas
Vive lejos
6
Diana Oña
Vive lejos
7
Dina Ibadongo
Vive lejos
8
Paúl Ruiz
No tiene bicicleta
9
Anónimo
Vive lejos
10
Jessica Morales
Vive Lejos
11
Salomé Idrobo
Vive lejos
12
Adrián Yepez
No le gusta manejar bicicletas
Porque no existen vías especiales para que transitar
13
César Palmay
con seguridad
14
Jorge Sarango
Por el clima
15
David Ramírez
Requiere de mucho esfuerzo Físico
16
Moorilú Chuico
No puede manejar muy bien
17
Fausto Carrera
Prefiere transportarse en automóvil
18
Marcelo Llugsi
Vive muy lejos y por las cuestas
19
Madelyne Carrera
Vive muy lejos y por las cuestas
20
Carmen Ochoa
No cuenta con tiempo
21
Estefanía Arámbulo
Porque es incómodo
22
Dayana Clanjoy
Por hay muchas cuestas
23
Estefanía Zuleta
Porque hay muchas cuestas
Porque no existen vías especiales para que transitar
24
José Dávila
25
Jacqueline Chicaiza
con seguridad
No puede manejar bicicletas
Viven lejos Hay muchas cuestas No hay Vías exclusivas
otros
11
2
2
10
44,00%
8,00%
8,00%
40,00%
3. ¿Dispone usted de una bicicleta?
SI
NO
Si su respuesta es negativa pase a la pregunta 5.
Tabla A 2.4. Pregunta 3
Nombre
Sí
1
Juan Chiriboga
x
2
Marcos Morales
3
Daniel Peralta
x
4
José Calderón
x
5
Marco León
6
Michael Campoverde
x
7
Ricardo Racines
x
8
Renato Garrido
x
9
Marco Morales
x
10
Santiago Araujo
x
11
Lucio Rojas
x
12
Diana Oña
x
13
Dina Ibadongo
x
14
Belén Andrade
x
15
Paúl Ruiz
16
Byron Loarte
x
17
Anónimo
x
18
Jessica Morales
x
19
Salomé Idrobo
x
No
x
x
x
20
Adrián Yepez
x
21
César Palmay
x
22
Juan Villacís
x
23
Jorge Sarango
x
24
David Ramírez
x
25
Christian Montenegro
x
26
Christian Calvachi
x
27
Hugo Gangotena
28
Moorilú Chuico
29
Fausto Carrera
30
Pamela Díaz
31
José Cuichán
x
32
Marcelo Llugsi
x
33
Pablo Herrera
x
34
Madelyne Carrera
x
35
Carmen Ochoa
x
36
Estefanía Arámbulo
x
37
Dayana Clanjoy
x
38
Estefanía Zuleta
x
39
Celia Andrade
x
40
Gabriel Vizuete
x
41
Jairo Revelo
x
42
Pablo Salamea
43
Santiago Morales
44
José Dávila
x
45
Joaquín Sanango
x
46
Luis Herrera
47
Santiago Álvarez
48
Alejandro Santillán
49
Jacqueline Chicaiza
x
50
Kleber Quinga
x
51
Cristian Quishpe
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Sí
No
36
15
70,59%
29,41%
4. SI DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a instalar en esta un
sistema de propulsión que facilite su trasporte?
SI
NO
Si su respuesta es afirmativa pase a la pregunta 6. Caso contrario GRACIAS por
su colaboración.
Tabla A 2.5. Pregunta 4
Nombre
Sí
1
Juan Chiriboga
x
2
Marcos Morales
3
Daniel Peralta
x
4
José Calderón
x
5
Marco León
6
Michael Campoverde
x
7
Ricardo Racines
x
8
Renato Garrido
9
Marco Morales
x
10
Santiago Araujo
x
11
Lucio Rojas
x
12
Diana Oña
x
13
Dina Ibadongo
x
14
Belén Andrade
x
15
Paúl Ruiz
16
Byron Loarte
17
Anónimo
No
x
x
18
Jessica Morales
x
19
Salomé Idrobo
x
20
Adrián Yepez
21
César Palmay
22
Juan Villacís
x
23
Jorge Sarango
x
24
David Ramírez
x
25
Christian Montenegro
26
Christian Calvachi
27
Hugo Gangotena
28
Moorilú Chuico
29
Fausto Carrera
30
Pamela Díaz
31
José Cuichán
32
Marcelo Llugsi
33
Pablo Herrera
x
34
Madelyne Carrera
x
35
Carmen Ochoa
36
Estefanía Arámbulo
37
Dayana Clanjoy
x
38
Estefanía Zuleta
x
39
Celia Andrade
x
40
Gabriel Vizuete
41
Jairo Revelo
42
Pablo Salamea
43
Santiago Morales
44
José Dávila
x
45
Joaquín Sanango
x
46
Luis Herrera
47
Santiago Álvarez
48
Alejandro Santillán
49
Jacqueline Chicaiza
x
x
x
x
x
x
x
x
50
Kleber Quinga
51
Cristian Quishpe
x
x
Sí
No
27
9
75,00%
25,00%
5. SI NO DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a adquirir una?
SI
NO
Si su respuesta es negativa GRACIAS POR SU COLABORACIÓN
Tabla A 2.6. Pregunta 5
Nombre
Sí
No
1
Marcos Morales
x
2
Marco León
x
3
Paúl Ruiz
x
4
Adrián Yepez
5
Christian Montenegro
x
6
Christian Calvachi
x
7
Hugo Gangotena
x
8
Moorilú Chuico
9
Pamela Díaz
x
10
José Cuichán
x
11
Marcelo Llugsi
x
12
Carmen Ochoa
x
13
Estefanía Arámbulo
x
14
Gabriel Vizuete
x
15
Jairo Revelo
x
16
Santiago Morales
x
17
Luis Herrera
x
18
Alejandro Santillán
x
x
x
Sí
No
14
4
77,78%
22,22%
SI SU RESPUESTA ANTERIOR ES AFIRMATIVA:
Instalaría
No
el
sistema
instalaría
el
sistema
de
de propulsión
Propulsión
Tabla A 2.7. Extensión de la pregunta 5
No instalaría el
Instalaría el sistema de
sistema de
Nombre
Propulsión
Propulsión
1
Marcos Morales
x
2
Marco León
x
3
Paúl Ruiz
4
Christian Montenegro
x
5
Christian Calvachi
x
6
Hugo Gangotena
x
7
Pamela Díaz
x
8
José Cuichán
9
Estefanía Arámbulo
x
10
Gabriel Vizuete
x
11
Jairo Revelo
x
12
Santiago Morales
x
13
Luis Herrera
x
14
Alejandro Santillán
x
x
x
Sí
No
12
2
85,71%
14,29%
6. Cuál es la distancia aproximada que recorre diariamente:
¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨
Nota: De esta pregunta en adelanta se tomarán en cuenta tan solo a las personas
que estarían dispuestas en incorporar un sistema de propulsión neumático en su
bicicleta.
Tabla A 2.8. Pregunta 6
Km
Nombre
diarios
1
Juan Chiriboga
30
2
Marcos Morales
10
3
Daniel Peralta
6
4
José Calderón
10
5
Marco León
12
6
Michael Campoverde
4
7
Ricardo Racines
26
8
Renato Garrido
6
9
Marco Morales
6
10
Santiago Araujo
8
11
Lucio Rojas
26
12
Diana Oña
26
13
Dina Ibadongo
26
14
Belén Andrade
18
15
Byron Loarte
20
16
Jessica Morales
26
17
Salomé Idrobo
10
18
César Palmay
20
19
Christian Montenegro
15
20
Christian Calvachi
10
21
Pamela Díaz
20
22
José Cuichán
30
23
Pablo Herrera
22
24
Madelyne Carrera
14
25
Estefanía Arámbulo
20
26
Dayana Clanjoy
20
27
Estefanía Zuleta
12
28
Celia Andrade
20
29
Gabriel Vizuete
6
30
Jairo Revelo
6
31
Pablo Salamea
6
32
Santiago Morales
6
33
José Dávila
6
34
Joaquín Sanango
12
35
Luis Herrera
12
36
Alejandro Santillán
20
37
Jacqueline Chicaiza
14
38
Cristian Quishpe
20
Hasta 10 km
De 11 a 20 km
Más de 20 km
14
16
8
36,84%
42,11%
21,05%
7. Cuanto tiempo se demora en ir a su destino
15 minutos a 30 minutos________ 31 minutos a 1 hora_________ 1 hora o
más________
Tabla A 2.9. Pregunta 7
1 Hora o
Nombre
15 a 30 minutos
31 min. a 1 hora
1
Juan Chiriboga
2
Marcos Morales
x
3
Daniel Peralta
x
4
José Calderón
5
Marco León
más
x
x
x
Michael
6
Campoverde
x
7
Ricardo Racines
8
Renato Garrido
x
9
Marco Morales
x
10
Santiago Araujo
x
11
Lucio Rojas
x
12
Diana Oña
x
13
Dina Ibadongo
x
14
Belén Andrade
x
15
Byron Loarte
16
Jessica Morales
x
17
Salomé Idrobo
x
18
César Palmay
x
x
x
Christian
19
Montenegro
x
20
Christian Calvachi
21
Pamela Díaz
22
José Cuichán
23
Pablo Herrera
24
Madelyne Carrera
x
25
Estefanía Arámbulo
x
26
Dayana Clanjoy
x
27
Estefanía Zuleta
x
x
x
x
x
28
Celia Andrade
x
29
Gabriel Vizuete
x
30
Jairo Revelo
x
31
Pablo Salamea
x
32
Santiago Morales
x
33
José Dávila
x
34
Joaquín Sanango
x
35
Luis Herrera
x
36
Alejandro Santillán
37
Jacqueline Chicaiza
38
Cristian Quishpe
x
x
x
15 a 30 minutos
31 min. a 1 hora
1 Hora o más
12
14
12
31,58%
36,84%
31,58%
8. Su edad está entre los:
15 – 25 años
26 – 35 años
Más de 36 años
Tabla A 2.10. Pregunta 8
Nombre
15 - 25 años
1
Juan Chiriboga
x
2
Marcos Morales
3
Daniel Peralta
4
José Calderón
5
Marco León
x
6
Michael
x
26 - 35 años
Más de 36 años
x
x
x
Campoverde
7
Ricardo Racines
x
8
Renato Garrido
x
9
Marco Morales
x
10
Santiago Araujo
x
11
Lucio Rojas
x
12
Diana Oña
x
13
Dina Ibadongo
x
14
Belén Andrade
x
15
Byron Loarte
x
16
Jessica Morales
x
17
Salomé Idrobo
x
18
César Palmay
x
Christian
19
Montenegro
x
20
Christian Calvachi
x
21
Pamela Díaz
x
22
José Cuichán
x
23
Pablo Herrera
x
24
Madelyne Carrera
x
Estefanía
25
Arámbulo
x
26
Dayana Clanjoy
x
27
Estefanía Zuleta
x
28
Celia Andrade
29
Gabriel Vizuete
x
30
Jairo Revelo
x
31
Pablo Salamea
x
32
Santiago Morales
x
33
José Dávila
x
34
Joaquín Sanango
x
35
Luis Herrera
x
x
36
Alejandro Santillán
x
Jacqueline
37
Chicaiza
x
38
Cristian Quishpe
x
15 - 25 años
26 - 35 años
Más de 36 años
34
3
1
89,47%
7,89%
2,63%
ANEXO B
“SIMULACIÓN DE LA ENERGÍA DEL AIRE
COMPRIMIDO POR UNIDAD DE PESO”
B.1. SIMULACIÓN 1
Cilindro Neumático
Diametro:
32
mm
Presión:
80
psi
Fuerza Cilindro:
99,72
lbs
45,3273
kg
400
mm
0,4000
m
Consumo :
0,072
ft3
0,0021
m3
Volumen Esp.
6,53
kg/m3
6,53
kg/m3
Distancia Rec:
Tabla B.1. Datos Técnicos Cilindro Neumático (Simulación 1)
B.1.1. Formulario
¦B##Í@ 5_Â_]”KL " z " ¼KF5LKK_”1
Trabajo:
177,86
J
Consumo:
0,0021
m3
Tabla B.2. Resultados de cálculo (simulación 1)
¶*>Bzí# ¦B##Í@
“@*%[email protected]
ô
¶*>Bzí# 84697,25 :Aq
B.2. SIMULACIÓN 2
Cilindro Neumático
Diametro:
46
mm
Presión:
40
psi
Fuerza Cilindro:
103,03
lbs
46,8318
kg
400
mm
0,4000
m
Consumo :
0,082
ft3
0,0023
m3
Densidad:
3,26
kg/m3
3,26
kg/m3
Distancia Rec:
Tabla B.3. Datos Técnicos Cilindro Neumático (Simulación 2)
Trabajo:
183,77
J
Consumo:
0,0023
m3
79899,15
J/kg
Energía:
Tabla B.4. Resultados de cálculo (simulación 2)
B.3. SIMULACIÓN 3
Cilindro Neumático
Diametro:
30
mm
Presión:
100
psi
Fuerza Cilindro:
109,56
lbs
49,8
kg
400
mm
0,4
m
Consumo :
0,087
ft3
0,0025
m3
Densidad:
8,16
kg/m3
8,16
kg/m3
Distancia Rec:
Tabla B.5. Datos Técnicos Cilindro Neumático (Simulación 3)
Trabajo:
195,42
J
Consumo:
0,0025
m3
Energía:
78166,08
J/kg
Tabla B.6. Resultados de cálculo (simulación 3)
B.4. SIMULACIÓN 4
Cilindro Neumático
Diametro:
38
mm
Presión:
60
psi
Fuerza Cilindro:
105,47
lbs
47,9409091
kg
400
mm
0,4
m
Consumo :
0,082
ft3
0,0023
m3
Densidad:
191,13
kg/m3
191,13
kg/m3
Distancia Rec:
Tabla B.7. Datos Técnicos Cilindro Neumático (Simulación 4)
Trabajo:
188,12
J
Consumo:
0,0023
m3
81791,36
J/m3
Energía:
Tabla B.8. Resultados de cálculo (simulación 4)
B.5. ENERGÍA PROMEDIO POR UNIDAD DE MASA DEL AIRE COMPRIMIDO
ENERGÍA 1
84697,25
J/m3
ENERGÍA 2
79899,15
J/m3
ENERGÍA 3
78166,08
J/m3
ENERGÍA 4
81791,36
J/m3
ENERGÍA PROMEDIO:
81138,46
Tabla B.9. Energía Promedio
J/m3
ANEXO C
“NORMA
Y SIMBOLOGÍA NEUMÁTICA”
ANEXO D
“FOTOGRAFÍAS DEL PROTOTIPO”
Vista Lateral del Sistema de Impulsión Neumático
Vista del Cilindro Neumático y el Acumulador
Vista Frontal de la Bicicleta Neumática
Vista del Sistema de Propulsión
Válvula reguladora de Presión
Acumuladores de Aire Comprimido
Cilindros Neumáticos y Sistema de Movimiento Mecánico
ANEXO E
“HOJAS DE PROCESOS”
ANEXO F
“PLANOS DE LA BICICLETA NEUMÁTICA”
ANEXO G
“PLANOS DE MONTAJE DE LA BICICLETA
NEUMÁTICA”