4.1. Diseño

4.1.1. Fundamentos de diseño - La finalidad del equipo es ejercitar los músculos que componen los glúteos y femorales.

- El circuito constará de 3 (tres) equipos con movimientos y funciones independientes de los cuales 2 (dos) se unirán en una misma estructura (multietapa).

- Las dimensiones del equipo están basadas fundamentalmente en tablas antropométricas ya establecidas.

-Las maquinas diseñadas permitirán que cualquier persona con una estatura máxima de 1,88 m de altura y un peso máximo de 101,2 kg sea apropiada para el uso de las mismas.

-La máquina multietapa contara con la posibilidad de una fuerza externa proporcionada por unos resortes. Dichas resortes serán escogidos según la disponibilidad en el mercado, y deberán trabajar bajo una elongación máxima de 15 cm y proveer una fuerza de unos 30 kg (294,30 N) aproximadamente, cuyo valor es la Fuerza Humana promedio.

- El diseño del equipo debe ser duradero, confiable, resistente y rígido, ya que debe soportar las condiciones de intemperie. Además, debe tener el recubrimiento adecuado, proporcionando la mayor durabilidad con el mínimo mantenimiento.

- Los materiales para la construcción del equipo dependerán de la disponibilidad de los mismos en el mercado, pero se utilizaron características de Acero al Carbono para fines de cálculos.

- El equipo debe poder ser utilizado por cualquier persona saludable, incluyendo de la tercera edad, por lo que el diseño debe ser seguro y confiable.

- El diseño será simulado mediante un software de análisis por elementos finitos para calcular las tensiones, desplazamientos de las piezas y ensambles y factores de seguridad cuando el equipo esté sometidos a carga.

4.1.2. Propuestas de diseño de equipos para ejercitar los hombros que pudieran ser instalados en espacios expuestos a la intemperie

4.1.3. Diseño de los equipos para ejercitar los glúteos y femorales

4.1.3.1 Diseño de la patinadora (equipo individual) y paletas (equipo multietapa).

Como se mencionó anteriormente, dichas maquinas fueron diseñadas para satisfacer personas con características físicas establecidas en tablas antropométricas contenidas en el Capitulo II, y utilizando un percentil del 95%, además de recomendaciones de expertos en diseño y análisis de otras máquinas biosaludables ya existentes. Dichas características son las siguientes:

CARACTERISTICAS MEDIDAS

PESO MAXIMO 101.2 Kg

ESTATURA MAXIMA 188 cm

ALTURA EN POSICION SEDENTE PROMEDIO 70 cm

ANCHURA CODO-CODO MAXIMA 50 cm

ALTURA RODILLA PROMEDIO 58 cm

LARGURA NALGA- RODILLA MINIMA 62.5 cm

ALTURA HASTA CODO PROMEDIO 115 cm

ALTURA HASTA LOS OJOS PROMEDIO 48 cm

ALCANCE PUNTA MANO MINIMO 80.5 cm

Básicamente, a partir de estos valores se diseñó el circuito completo con lo cual se concluyeron en las medidas mostradas a continuación en lo que son los planos isométricos de los mismos:

Planos Isométricos de la caminadora estática (“patinadora”).

Planos Isométricos de la caminadora estática (“patinadora”).

Planos Isométricos de la caminadora estática (“patinadora”).

Planos Isométricos de la caminadora estática (“patinadora”).

Planos Isométricos de la caminadora estática (“patinadora”).

.

Planos Isométricos de femorales y glúteos (“paletas”)

Planos Isométricos de femorales y glúteos (“paletas”).

Planos Isométricos de femorales y glúteos (“paletas”).

4.1.5. Selección del material

El material seleccionado para la construcción de los equipos es acero al carbono ASTM A36, el cual está disponible en el mercado y es relativamente económico. Este material es un acero de buena soldabilidad y es ampliamente usado en aplicaciones estructurales en general. Las características de este material están ya expuestas en el Capítulo II.

4.1.6. Análisis de carga y esfuerzos Para el acero ASTM A-36, material previamente seleccionado, cuyo esfuerzo de fluencia 250 MPa y considerando que la estructura a diseñar debe soportar un peso máximo de 101.2 kg, se debe comprobar que los distintos cuerpos sometidos a cargas no superen el límite elástico del material, ya que sería una falla de diseño. Es indispensable entonces, proceder a considerar las características de resistencia (oposición a la ruptura) y de rigidez (oposición a las deformaciones). En otros términos, antes de construir una estructura es necesario saber la resistencia que tendrá y las deformaciones que sufrirá, ya que cualquier estructura debe satisfacer unas exigencias mínimas de seguridad (resistencia) y de funcionalidad y estética (mínimas deformaciones).

4.1.6. Análisis de Esfuerzos

4.1.6.1. Análisis de esfuerzos de la patinadora producidos por carga estática.

A continuación, en el análisis estático realizado de forma manual se buscó el Factor de Seguridad (F.S.) en regiones donde las reacciones son mayores (zonas críticas), a fin de compararlas con las obtenidas en el programa de simulación. Se consideró una persona cuyo peso es de 101,2 kg (Peso Máximo según medidas antropométricas).

Diagrama de Cuerpo Libre

S: Zona critica

Wp: Peso máximo de la persona

W1: Peso tubo horizontal

W2: Peso tubo vertical

Hipótesis y explicativas:

A pesar de que el tubo más largo tiene un ligero ángulo de inclinación, este es de 4° por lo cual asumimos un tubo totalmente vertical (sin ninguna inclinación).

La placa donde posan los pies es de un espesor de 3 mm, por ende su peso no produce un cambio considerable en los cálculos, así para simplicidad de los mismos se ha decidido no tomarlo en cuenta.

Este es un equipo que no está sometido a un trabajo excesivo, por lo cual solo se asumen como cargas el peso de cada tubo y la fuerza externa accionante que es la del propio peso del usuario.

Sus cargas iniciales son todas 0 (cero), en el instante donde el equipo está en reposo.

Los pesos de los tubos se calculan con la fórmula: W= m x 9,81 kg/m2 donde m es la masa del tubo y este, a su vez, se calcula a partir del Volumen de un cilindro Hueco y la Densidad (ρ) del acero al carbono el cual es de 7850 kg/m3.

Por tratarse de un acero al carbono, el 𝑆𝑦 es de 250 MPa.

El área de sección tranversal de cada tubo se calcula con la fórmula: A= π x (R2 – r2), área para cilindros huecos.

Dado que el punto de estudio está en la parte superior de dicha sección transversal y el esfuerzo cortante es pequeño podemos asumir su valor a cero (𝜏𝑥𝑦=0 𝑀𝑃𝑎).

* Cálculo del momento de inercia.

Figura 43. Sección transversal del tubo.Fuente: Parra y Suta (2015).

Para un cilindro hueco, el momento de inercia respecto al eje z viene dado por la ecuación:

Dónde:

D: Diámetro mayor d: Diámetro menor

IZ= (

Sustituyendo:

IZ= 2,81 x 10-7 m4

Además partir de los supuestos anteriores se tiene que los valores de cada fuerza son los siguientes:

W1= 5,85 NW2= 42,93 NWp= 101,2 kg x 9,81 kg/m2 = 992,77 NA= 5,84 x 10-4 m2

* Cálculo del momento flector producto de la carga estática

Figura 44. Diagrama de cuerpo una de las palas de la caminadora estática.Fuente: Parra y Suta (2015).

Ya conocidas las cargas que afectan el equipo, la sumatoria de momento en el eje Z es:

IZ= (0,0654-0,0594)

* Cálculo del esfuerzo normal producido por el momento flector en el punto S.

Mediante de la ecuación 10, se calcula σz.

* Cálculo del esfuerzo normal producido por la fuerza axial

* Cálculo del esfuerzo utilizando el criterio de von Mises

En la figura 46 se muestran los esfuerzos de von Mises obtenidos mediante el software; como se nota, el mayor valor está en el empotramiento, siendo de 108.163 Mpa. Este valor es bastante similar al calculado manualmente, por lo tanto se toman los resultados como fiables.

* Cálculo del factor de seguridad por fluencia

El factor de seguridad por fluencia se calcula con la ecuación 18.

σz= 11,26 MPa

Al observar un Factor de Seguridad tan alto, no se puede concluir otra cosa que el equipo fue sobre diseñado a causa de su construcción anticipada.

Igualmente el valor emitido por el software es muy similar al calculado, como se muestra en la figura 47, el factor de seguridad en el empotramiento es de 2.31.

4.1.6.2. Análisis de esfuerzos de la patinadora producidos por carga fluctuante.

Hipótesis y explicativas:

Para determinar el número de ciclos se considera que el equipo será utilizado por 10 personas, 10 horas diarias, por 7 días y con una vida útil de 5 años (52 semanas por año).

Tratándose de un acero al carbono, el 𝑆𝑢𝑡 es de 400 Mpa (58 kpsi).

Para la relación esfuerzo-tiempo se utiliza el caso esfuerzo repetido, donde σmin=0 y σalternante= σmedio como se muestra en la figura 49.

Figura 49. Esfuerzo repetido.Fuente: Mott, Robert. Diseño de elementos de máquinas. Cuarta edición.

Dado que el punto de estudio está en la parte superior de dicha sección transversal y el esfuerzo cortante alternante y medio son tan pequeños y despreciables, así podemos asumir su valor a cero, es decir, 𝜏𝑎= 𝜏𝑚=0 𝑀𝑃𝑎.

El punto seleccionado para el estudio de fatiga es el mismo estudiado anteriormente denominado punto S.

Determinando el número de ciclos tomando en cuenta lo anterior, este es de 182.000 lo que significa que es bajo ciclaje o vida finita según el método de esfuerzo-vida.

Esto significa que para hallar el factor de seguridad por fatiga se debe utilizar la variable Sf (Resistencia a la fatiga) la cual se calcula de la siguiente manera:

Dónde:

* Cálculo del momento flector producto de la carga fluctuante.

En este caso el equipo estará sometido a las mismas cargas que expuestas anteriormente, causándole al mismo el momento por cargas fluctuantes.

* Cálculo del esfuerzo por flexión y axial medio y alternante.

Según lo expuesto anteriormente (σmin=0), se tiene que σaxial,a= σaxial,m y se calcula con la ecuación ?:

Igualmente σflexion,a= σflexion,m

* Esfuerzo de von Mises Medio y Alternante Modificado

Para el esfuerzo de Von mises alternante modificado se utiliza la ecuación ?

Sustituyendo:

De igual manera para el esfuerzo de Von Mises medio modificado se utiliza la ecuación ?

Sustituyendo:

* Factores de modificación

Factor de modificación de la condición superficial (Ka)

Los factores a y b se pueden conseguir en la siguiente tabla:

Figura. Parámetros en el factor de la condición superficial de Marin.Fuente: Diseño en Ingeniería Mecánica de Shigley. Octava Edición.

Trabajando con el material como sale de la forja, se tiene que:a= 272 MPab= -0,995

Sustityuendo valores:

Factor de modificación de tamaño (Kb)

Los datos para calcular este factor son los siguientes:

Calculando el factor d se utilizara la formula A0.95σ = 0.01046d2 (secciones redondas sólidas o huecas no rotativas). De esta manera igualando esta área con la calculada anteriormente se tiene que:

Despejando d:

Como 51< d ≤ 254 mm, entonces:

Factor de modificación de carga (Kc) 𝐾𝑐=1 (Carga combinada)

Factor de modificación de temperatura (Kd) 𝐾𝑑=1 (Temperatura ambiente)

Factor de modificación de concentración de esfuerzos (Ke)

El valor de este factor de busca en la tabla

Figura. Factores de confiabilidad keFigura: Diseño en Ingeniería Mecánica de Shigley. Octava Edición.

Utilizando una confiabilidad del 50%, Ke= 1

Límite de resistencia a la fatiga en viga rotatoria (Se’)

Se obtiene a partir de:

Como Sut ≤ 200 kpsi (1400 MPa)

Límite de resistencia a la fatiga en zona crítica (Se)

Sustituyendo valores:

* Calculo de resistencia a la fatiga real en zona critica (Sf)

Se dijo anteriormente la manera de calcular dicho valor. Ahora bien en la tabla se puede hallar el valor de F.

𝑆𝑒=𝐾𝑎 x 𝐾𝑏 x 𝐾𝑐 x 𝐾𝑑 x 𝐾𝑒 x 𝑆𝑒 ′

Figura. Fracción de resistencia a la fatiga, f, de Sut a los 103 ciclos para Se = Se = 0.5Sut.Figura: Diseño en Ingeniería Mecánica de Shigley. Octava Edición.

Se observa que para un valor de Sut = 400 MPa (58 kpsi), F=0,9

Teniendo todas las variables definidas se sustituye:

Calculo del factor a

Calculo del factor b.

Sustituyendo dichos valores en la ecuación, (Sf)

* Cálculo del factor de seguridad por fluencia

Sustituyendo:

4.1.6.2. Análisis de esfuerzos del manubrio-pala 1

De igual manera que en lo anterior, en el análisis estático realizado de forma manual se buscó el Factor de Seguridad (F.S.) en regiones donde las reacciones son mayores (zonas críticas), en este caso como se muestra en el diagrama de cuerpo libre 2.

Diagrama de cuerpo libre 2

Figura 44. Diagrama de cuerpo libre del manubrio.Fuente: Parra y Suta (2015).

Hipótesis y explicativas:

A pesar de tener 2 tubos inclinados a 45° con respecto a la horizontal cada uno, son relativamente cortos, así para simplicidad de cálculos se ha decidido no tomar en cuenta sus pesos respectivos ya que no ocasionaran mayor variación en los resultados finales.

La fuerza humana promedio es la fuerza que puede soportar o ejercer una persona promedio la cual es de aproximadamente 30 kg, es decir, 294,30 N.

Este es un equipo que no está sometido a un trabajo excesivo, por lo cual solo se asumen como cargas el peso de cada tubo y la fuerza externa accionante que es la fuerza humana promedio.

Sus cargas iniciales son todas 0 (cero), en el instante donde el equipo está en reposo.

Los pesos de los tubos se calculan con la fórmula: W= m x 9,81 kg/m2 donde m es la masa del tubo y este, a su vez, se calcula a partir del Volumen de un cilindro Hueco y la Densidad (ρ) del acero al carbono el cual es de 7850 kg/m3.

Por tratarse de un acero al carbono, el 𝑆𝑦 es de 250 MPa.

El área de cada tubo se calcula con la fórmula: A= π x (R2 – r2), área para cilindros huecos.

Dado que el punto de estudio está en la parte superior de dicha sección transversal y el esfuerzo cortante es pequeño podemos asumir su valor a cero (𝜏𝑥𝑦=0 𝑀𝑃𝑎).

S: Zona critica

Fp: Fuerza Humana Promedio

W1: Peso tubo horizontal

W2: Peso tubo vertical

El número de ciclos serán los mismos que en el caso de la caminadora estática, es decir, 182000 ciclos.

Para este caso, la sección transversal es la siguiente

Figura 44. Sección transversal del manubrio.Fuente: Parra y Suta (2015).

A partir de estos datos se tiene que:W1= 9,40 NW2= 17,84 NA= 3,31 x 10-4 m2

Iz= 5,132 x 10-8 m4

Este equipo es estudiado bajo los mismos análisis anteriores, por lo tanto se muestran directamente sus valores en la Tabla.

POR CARGA ESTATICA POR CARGA FLUCTUANTE

Esf. por Flexión σz = 70,27 Mpa Esf. por Flexión medio σf,m = 35,14 Mpa

Esf. Axial σx = 0,89 Mpa Esf. por Flexión alternante σf,a = 35,14 Mpa

Esf. Von Mises σs' = 69,83 Mpa Esf. Axial medio σa,m = 0,45 Mpa

F.S.= 3,6 Esf. Axial alternante σa,a = 0,45 Mpa

Esf. Von Mises Medio σm' = 35,59 Mpa

Esf. Von Mises Alternante σa' = 35,63 Mpa

Límite de resistencia a la fatiga en zona crítica (Se) = 100,5 Mpa

Resistencia a la fatiga real en zona critica (Sf) = 137,19 Mpa

F.S.= 2,87

Tabla 44.Resultados obtenidos en los cálculos manuales hechos en la zona critica del manubrio-pala.Fuente: Parra y Suta (2015).

4.1.6.3. Análisis de esfuerzos del cojín-pala 2

Por último, este equipo fue analizado de la misma manera que los 2 anteriores. El diagrama de cuerpo libre de dicho equipo se muestra en la figura.

Diagrama de cuerpo libre 3.

Figura 44. Diagrama de cuerpo libre del burrito.Fuente: Parra y Suta (2015).

Hipótesis y explicativas:

Las placas donde posan los antebrazos son de un espesor de 3 mm, por ende su peso no produce un cambio considerable en los cálculos, así para simplicidad de los mismos se ha decidido no tomarlo en cuenta.

Este es un equipo que no está sometido a un trabajo excesivo, por lo cual solo se asumen como cargas el peso de cada tubo y la fuerza externa accionante que es la fuerza humana promedio.

Sus cargas iniciales son todas 0 (cero), en el instante donde el equipo está en reposo.

Los pesos de los tubos se calculan con la fórmula: W= m x 9,81 kg/m2 donde m es la masa del tubo y este, a su vez, se calcula a partir del Volumen de un cilindro Hueco y la Densidad (ρ) del acero al carbono el cual es de 7850 kg/m3.

Por tratarse de un acero al carbono, el 𝑆𝑦 es de 250 MPa.

El área de cada tubo se calcula con la fórmula: A= π x (R2 – r2), área para cilindros huecos.

Dado que el punto de estudio está en la parte superior de dicha sección transversal y el esfuerzo cortante es pequeño podemos asumir su valor a cero (𝜏𝑥𝑦=0 𝑀𝑃𝑎).

El número de ciclos serán los mismos que en el caso de la caminadora estática, es decir, 182000 ciclos.

Como en el caso de la caminadora estática, se consideró una persona cuyo peso es de 101,2 kg (Peso Máximo según medidas antropométricas). Wp=992,77 N.

S: Zona critica

Wp: Peso máximo de la persona

W1: Peso tubo horizontal

W2: Peso tubo vertical

Para este caso, la sección transversal es la misma que el caso del manubrio-pala 1, por lo tanto el Área y el Momento de inercia son los mismos. Ahora los valores de las fuerzas ocasionadas por el peso de los tubos son:

W1= 6,62 NW2= 10,17 N

Este equipo es estudiado bajo los mismos análisis anteriores, por lo tanto se muestran directamente sus valores en la Tabla.

POR CARGA ESTATICA POR CARGA FLUCTUANTE

Esf. por Flexión σz = 89,64 Mpa Esf. por Flexión medio σf,m = 44,82 Mpa

Esf. Von Mises σs' = 89,64 Mpa Esf. por Flexión alternante σf,a = 44,82 Mpa

F.S.= 2,8 Esf. Von Mises Medio σm' = 44,82 Mpa

Esf. Von Mises Alternante σa' = 44,82 Mpa

Límite de resistencia a la fatiga en zona crítica (Se) = 100,5 Mpa

Resistencia a la fatiga real en zona critica (Sf) = 137,19 Mpa

F.S.= 2,3

4.1.7. Análisis de la soldadura

4.1.7.1. Selección del tipo de electrodo revestido

Tomando en cuenta los factores involucrados en la selección de electrodos revestidos, el seleccionado es del tipo E6013 marca Lincoln y de acuerdo a la disponibilidad en el mercado, de diámetro 3/16 in. Las propiedades de este electrodo se muestran en la figura 58.

Figura 57. Descripción del electrodo E6013.Fuente: Catálogo de electrodos LINCOLN ELECTRIC (2012).

El fabricante describe este electrodo como un electrodo que presenta arco estable de muy fácil encendido y reencendido. Penetración mediana con cordones convexos de muy buena apariencia, con muy baja salpicadura y escoria autodesprendible.

Según el mismo fabricante, este electrodo es de amplia aplicación en soldadura de aceros de bajo carbono no aleados, de uso corriente en carpintería metálica: fabricación de muebles, ductos de ventilación, rejas, puertas. Ensamblaje de carrocerías, construcción de vagones, tanques. Soldadura de estructuras livianas en perfiles angulares y rectangulares, cerchas para techos, construcciones navales y reparación de equipos agrícolas.

Además en la figura anterior se puede observar las recomendaciones de los amperajes indicados para cada diámetro, y las recomendaciones referentes a las posiciones.

4.1.7.2. Análisis del factor de seguridad en la soldadura

Del mismo modo que se analizaron los 3 equipos anteriores, así se decidió realizar el análisis para las 3 zonas críticas respectivamente y calcular el factor de seguridad de la soldadura en dichas zonas.

* Factor de Seguridad en la soldadura de la caminadora estática.

Figura 60. Diagrama de cuerpo libre la pala de la caminadora estatica para análisis de soldadura.Fuente: Parra y Suta (2015).

Factor de diseño de nd =3

La altura de la garganta h se calcula con tres pasadas de soldadura de filete de 3/16 in (4,76 mm) cada una.

Área de la garganta (A)

De la tabla 6, se obtiene la ecuación para calcular el área de la garganta de la soldadura.

Tabla. Propiedades flexionantes de las soldaduras de filete.Fuente: Diseño en Ingeniería Mecánica de Shigley. Octava Edición.

Segundo momento Unitario del área Iu

De la tabla 6, se obtiene también la ecuación para calcular el segundo momento unitario del área Iu.

El segundo momento del área I

Cortante primario τ’

Utilizando la ecuación 27, se calcula el cortante primario.

Cortante secundario τ’’

Con la ecuación 28, se calcula el cortante secundario.

Esfuerzo cortante τ La magnitud del cortante τ es la ecuación de Pitágoras

Cálculo del factor de seguridad

Con base en una resistencia mínima y el criterio de energía de distorsión, el factor de seguridad es:

Para el tipo de electrodo seleccionado, la Resistencia a la fluencia es de 345 MPa, entonces:

Como n>nd, es decir 22,07>3, el metal de aporte tiene una resistencia satisfactoria. Cabe destacar que el valor tan alto de dicho factor de seguridad se debe al sobrediseño del equipo.

* Factor de Seguridad en la soldadura del manubrio-pala 1 y burrito-pala 2.

Para estos casos el valor de r es de 19,05mm por tratarse de un tubo diferente. Bajo el mismo análisis anterior, y tomando en cuenta el mismo en las zonas críticas respectivas iguales a las que se tomaron para los cálculos de esfuerzos, se tienen los siguientes resultados:

Factor de Seguridad para soldadura en zona critica del Manubrio

Factor de Seguridad para soldadura en zona critica del Burrito

A = 402,81 mm2 A = 402,81 mm2

Iu = 21,72 x 103 mm3 Iu = 21,72 x 103 mm3

I = 73,09 x 103 mm4 I = 73,09 x 103 mm4𝜏’ = 0,73 MPa 𝜏’ = 2,5 MPa𝜏’’ = 49,35 MPa 𝜏’’ = 62,94 MPa𝜏 = 49,36 MPa 𝜏 = 62,99 MPan = 4,03 n = 3,16n>nd, resistencia satisfactoria n>nd, resistencia satisfactoria

Tabla. Resultados de los factores de seguridad para soldadura de los equipos 2 y 3(multietapa).Fuente. Parra y Suta (2015)

4.1.8. Selección del sistema de pintura Una de las características más importantes de estos equipos es que, como se ha venido mencionando a lo largo de este trabajo, estos deben tener la capacidad de mantenerse en las mejores condiciones posibles estando expuestos a la intemperie. Aquí influyen varios procesos entre los cuales se encuentra la selección de pintura adecuada para el tipo de clima en el que se encontraran los equipos. El objetivo será proteger las superficies de los ataques de diversos agentes que están en el medio ambiente.

En esos casos es necesario combinar capas de pintura con diferentes características, y cada cual aportará una propiedad específica. Además, uno de los efectos que se quieren evitar mediante esta táctica es la Corrosión, que es causada precisamente por la interacción del material con el medio que lo rodea.

4.1.8.1. Selección de la capa de pintura de fondoLos fondos son formulados para proteger la superficie con pigmentos inhibidores de corrosión que por ser vulnerables a la abrasión deben a su vez ser protegidos en el acabado final. El fondo adecuado depende de la agresividad del ambiente y del grado de exposición del tubo dentro de la estructura. En general son productos con contenido variado de cromatos de zinc.

Así, se seleccionó el fondo cromato de zinc, que es un fondo alquídico pigmentado con cromato de zinc, el cual es un excelente anticorrosivo. Posee cualidades inhibidoras de corrosión y muy buena penetración en las superficies ferrosas.

El cromato de zinc es ideal para recubrir estructuras de acero ubicadas en medios agresivos y húmedos tales como: - Maquinarias y equipos industriales y agrícolas.

- Marcos y puertas de hierro, postes, exterior de tanques y otras superficies expuestas a condiciones ambientales de severidad media.

- Fondo o bases en el campo marino.

Otras propiedades del cromato de zinc dadas por el fabricantes se muestran en la FIGURA 61.

Figura 61. Propiedades del fondo cromato de zinc.Fuente: Pinturas Manpica.

4.1.8.2. Selección de la capa de pintura intermedia

Según las características del lugar de la instalación del proyecto, se puede verificar que está ubicado en una zona costera por su cercanía con el Lago de Maracaibo el cual presenta salinidad creciente a causa de la contaminación del mismo. Los efectos de los vientos que se generan en la región hace del ambiente de las zonas costeras de la cuenca, zonas con un nivel de salinidad apreciable, es por ello que se puede constatar que nuestra Estación de Equipos a Construir para instalar en la intemperie estará expuesta a una alta corrosión de acuerdo con la Tabla 15 que presenta la Norma ISO 12944-2.

Estás características ubican al lugar de instalación en una categoría de corrosividad C4, según el manual el manual “Directrices para la protección anticorrosiva del acero y superficies metálicas con recubrimientos según la Norma ISO 12944” del fabricante de pinturas Hempel, para esta categoría y para estructuras de acero en áreas abiertas el tipo de pintura adecuado es la de tipo epoxy.

Tabla 25. Categorías de corrosión atmosférica de acuerdo con la norma ISO 12944. Fuente: Hempel.

Entre las aplicaciones de este tipo de pintura (epoxy) se encuentran:- Por su resistencia al agua, a la intemperie y a los contaminantes químicos, se usan como sistemas de protección de larga duración sobre acero estructural, y concreto.

- Debido a su resistencia a los ataques químicos, se usa para la conservación de instalaciones industriales.

- Su excelente resistencia al desgaste hace que se utilizada en estacionamientos, garajes, suelos industriales, etc.

- Por su resistencia al agua y los detergentes, se usa para lavaderos industriales y otras naves o instalaciones que estén sometidas a frecuentes limpiezas agresivas y desinfecciones.

- En instalaciones nucleares por sus especiales cualidades en cuanto a facilidad de descontaminación radioactiva y en laboratorios y hospitales donde existan salas de medicina nuclear.

A continuación se muestran algunas recomendaciones hechas por Industrias Unicon, CA de protección anticorrosiva para tubos estructurales.

Características y Recomendaciones de Fondos y AcabadosAmbiente Preparación de

la SuperficieFondo Acabado Características

del Acabado

AltamenteCorrosivo(Costero-Marino)

Remoción de grasas

y aceites

Eliminar corrosiónexistente mediante

los recursosapropiados

Productoscon

contenidovariado deCromatos

de Zinc

(1 capa de4 a 6 mils.)

Poliuretano

(2 capas de1,5 a 2 mils.)

- Resistencia a la intemperie- Dura más de cinco años- Alta resistencia a la abrasión- Alta retención del brillo

MedianamenteCorrosivo

(Cercano a la Costa)

Alquídico

(2 capas de1,2 a 2 mils)

- Facilidad de adherencia- Buen brillo - Poca resistencia a químicos - Sistema económico- Durabilidad- Fácil aplicación y mantenimiento-Débil resistencia a químicos solventes y abrasión

PocoCorrosivo

Tabla ¿??. Características y Recomendaciones de Fondos y AcabadosFuente: Industrias Unicon, CA

4.1.8.3. Selección de la capa de pintura de acabado final

Cuando se utiliza pintura epóxica no es necesaria esta capa de pintura, ya que misma pintura proporciona un acabo con excelente brillo.

4.2.- Construcción de la caminadora estática.

4.2.1. Materiales y accesorios

Los materiales y accesorios directos involucrados en la construcción del equipo multietapa para ejercitar los hombros se muestran en la tabla 26.

4.2.1.1 Selección de los resortes para el equipo multietapa.

Mediante un proceso analítico, se describen a continuación las condiciones geométricas del resorte a adquirir el cual será el óptimo para lograr la precarga planteada en las premisas de diseño. Recordando que dicha precarga será de unos 30 kg (294,3 N) y debido a la poca disponibilidad en el mercado, se establece un cuadro comparativo de los resortes encontrados en el Catalogo Lee Spring 2015 para Resortes a Tracción en la Tabla. Además, debido a la poca información suministrada por los vendedores se asumen las propiedades correspondientes especialmente al alambre de piano.

Por medio de estas propiedades (Modulo de Elasticidad para los resortes G), se obtendrán las diferentes

Constantes de resorte K teóricas por medio de la ecuacion:

Donde, d: Diámetro del AlambreG: Modulo de Elasticidad al CortanteD: Diámetro Efectivo, D=Dexterno – d

Na : Numero de Espiras Activas, Na= Espiras totales - 1

Por medio de estas K teóricas, se obtendrán las Fuerzas F que estas suponen a partir de la ecuación y asi escoger el resorte que produzca la precarga esperada.

Donde, ∆𝑋 es la elongación máxima del resorte, la cual se había determinado en 15 cm.

Caso D (m) d (m) G (GPa) Na K (N/m) ∆𝑋 (m) F (N- Kg)

1 0,005 0,001 82,7 21 3938,01 0,15 590,70-60

2 0,01 0,0014 81,7 20 1961,62 0,15 294,24-30

3 0,009 0,0018 81 19 7673,68 0,15 1151,05-117

4 0,007 0,0014 81,7 42 2723,33 0,15 408,5-42

5 0,0403 0,0047 77,2 35 2055,59 0,15 308,34-31

6 0,0208 0,004 77,2 25 10980,88 0,15 1647,13-167

7 0,0095 0,0015 81,7 23 2621,79 0,15 393,27-40

Tabla. Cuadro comparativo de las fuerzas suministradas por los resortes de acuerdo a sus características geométricas.

Fuente. Parra y Suta (2015)

De acuerdo a esto el caso 2 es el más óptimo donde el resorte cuenta con las características más adecuadas para nuestro equipo; este resorte es de material alambre de piano. Por otro lado el caso 5 también da un valor aproximado a la precarga que se busca pero su material es Templado en Aceite, por lo cual no es el caso más óptimo debido a la poca disponibilidad de este material en el mercado.

4.2.2. Técnicas de fabricación implementadas en la construcción de la patinadora

La construcción del equipo requiere de las más elementales técnicas de fabricación. Para cada técnica de fabricación se debe tomar en cuenta las dimensiones de la pieza a fabricar, precisión requerida, materiales a utilizar y la cantidad de piezas. Cada pieza debe ser construida de forma tal que se evite el consumo excesivo de material.

4.2.2.1. Técnicas de separación

Corte Limado Torneado Taladrar Esmerilar Lijado

4.2.2.2. Técnicas de unión

Ensamblado Soldado

4.2.2.3. Técnicas de recubrimiento

Pintura