Luis Alexander Ávila CalderónJonathan David Salamanca MoraJorge Andrés Sarmiento Becerra

Bogotá D.C., junio de 2010

Departamento de Ingeniería Mecánica y MecatrónicaLínea de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico

XXVI MUESTRA DE MÁQUINAS Y PROTOTIPOS

DESARROLLO DE CHASIS PARA UN VEHICULO ELECTRICO

MULTIFUNCIONAL DE TRANSPORTE LIGERO

ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN

El proyecto surge a partir de la necesidad del grupo KartUN que requiere disponer de la estructura para un vehículo multifuncional tipo kart, según la propuesta presentada por el grupo, titulada “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN VEHÍCULO ELÉCTRICO MULTIFUNCIONAL DE TRANSPORTE LIGERO” que fue realizada dentro de la convocatoria de proyectos SINERGIA y remitida a la facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Colombia, la cual aprobó y dio apoyo para su desarrollo.

El costo total del proyecto es de 12 Millones de pesos. Para el chasis se destinaron 5’500.000 (Sin incluir costos de diseño).

La duración del proyecto global es de un año, la componente estructural se proyectó para un semestre.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE DISEÑO

El problema es que el grupo no dispone de un chasis que tenga los detalles constitutivos para la adecuación de:

Sistema de potencia eléctrico

(Motor y Baterías)

Sistema regenerativo de frenado

REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE

Ofrece apoyos para los sistemas de potencia

Soporta cargas dinámicas y estáticas

Correcta distribución del peso

De fácil mantenimiento

Estética agradable

Liviano

Ofrece multifuncionalidad

Respuesta correcta a la dirección

Ofrece comodidad

Brinda seguridad

ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA (BENCHMARKING)

ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA (QFD)

FUNCIONES:DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL

Ser elemento estructural principal del vehiculo tipo Kart

Soportar cargas

Soportar cargas dinámicas

Soportar cargas estáticas

Proteger al piloto

Aislar elementos eléctricos

Proteger contra impactos

Proporcionar ergonomía

Contar con dimensiones

proporcionadas y adecuadas

Cumplir funciones adicionales

Transportar carga adicional

Transportar herramental

Transportar un pasajero adicional

Permitir control independiente en la

tracción trasera

Servir de soporte al sistema de dirección

Distribuir adecuadamente el

peso

Permitir maniobrabilidad en

curvas y en rectas a alta y baja velocidad

Permitir montaje de elementos de

potencia

Poseer elementos de soporte para

baterias

Poseer soporte para el motor

GENERACIÓN DE CONCEPTOS:VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE

SOLUCIÓN GENERADAS

12 Conceptos generados Evaluación a partir de los

requerimientos del cliente Selección de conceptos tomando en

cuenta los requerimientos del cliente

ALTERNATIVA DE DISEÑO GLOBAL DOMINANTE

GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO

ER 70S-6 WA86 ASTM A-500

GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO

0 5 10 15 20 250.85

0.9

0.95

1

1.05

t

Aceleración

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

t

Velocidad

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000

20

40

60

80

t

Velocidad

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-0.5

0

0.5

1

1.5

t

Aceleración

2:1Limite 2:13:1Limite 3:14:1Limite 4:1

2:13:14:1

DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA

APORTE Y VALOR SOCIAL DEL DISEÑOSe proporciona una estructura de chasis tipo kart adecuada para el montaje de:

Sistema de potencia eléctrico (Motor y Baterías)

Sistema regenerativo de frenado

El valor social consiste en establecer bases para la generación de desarrollos académicos posteriores frente alternativas de diseño de vehículos eléctricos.

ANÁLISIS ECONÓMICOConcepto Costo Descripción

Costos de Diseño $3,000,000.00 Según horas de diseño, modelamiento y trabajo de ingeniería

Costos de Materiales $3,900,000.00 Tubería matriz, Piezas generalmente primarias y auxiliares del kart.

Costos de fabricación, ensamble y puesta a punto

$1,300,000.00 Servicios por fabricación y ensamble

Costos de Transporte $500,000.00 Desplazamientos para cotizaciones y transportes del kart

TOTAL $8,700,000.00

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESCONCLUSIONES

El análisis dinámico vehicular constituye la herramienta fundamental de validación en el proceso de diseño estructural, por las cambios que puede generar.

La evaluación por elementos finitos respalda los resultados teóricos del desarrollo del chasis.

A pesar de la simplicidad aparente de una estructura chasis tipo kart , el proceso de diseño que esta implica es profundo debido a los conceptos ingenieriles que este requiere.

RECOMENDACIONES

Tener en cuenta el tiempo en los procesos de fabricación. Establecer limites adecuados al alcance del proyecto. Asistir a las conferencias ofrecidas por el grupo KartUN.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA

[1] Commission internationale de karting, “Technical regulations”, disponible: http://www.cikfia.com/web/karting/webkarting.nsf/home?readform[2] Easy kart, “Reglamento deportivo nacional”.[3] Documentación Grupo kartUN.[4] Imágenes tomadas de: www.kartelec.com[5] Imagen tomada de: http://www.e-innovationen.de.vu/[6] Wilson A. Jorge E, González G. Liliana, Salas. Jorge. “Diseño y construcción de Kart dual categoría universitaria”. Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, 2009.[7] Giraldo R. Ludwing Darío. “Análisis y modelado dinámico de un vehículo sin suspensión (kart)”. Universidad de los Andes, Bogotá, 2003.[8] Ávila Niño, Santiago. “efecto de la variación del centro de gravedad en el comportamiento dinámico de un vehículo sin suspensión (kart)”. Universidad de los Andes, Bogotá, 2008.[9] Biancolini, marco Evangelos. “Integrated Multi-Body/FEM analysis of vehicle dynamic behaviour”. Universidad “Tor Vergata”, Roma, Italia.[10] Alireza arghavan, mohammadjavad kheirkhahan, mehran hemmati. “Kart steering system optimizing and simulation”. [11] Biancolini, marco Evangelos. “Integrated Multi-Body/FEM analysis of vehicle dynamic behaviour”. Universidad “Tor Vergata”, Roma, Italia.[12] Alireza arghavan, mohammadjavad kheirkhahan, mehran hemmati. “Kart steering system optimizing and simulation”. [13] Estatura promedio masculina por país. disponible: http://www.skyscraperlife.com/latin-bar/19798-estatura-promedio-masculina-por-pais.html[14] OPTIMA Batteries, OPTIMA yellowTop R 3,7.[15] INTERMEC, Transmisión por correas dentadas de tiempo y sincrónicas, Manual de selección.[16] Norton, Robert L. Diseño de maquinas[17] Shigley, Joseph E. Diseño en ingeniería Mecánica, Sexta edición, Méjico 2005.[18] CORTÉS SALAMANCA, G. E. (2002). Estudio de la rigidez torsional de un chasis kart. Universidad de los Andes, Ingeniería Mecánica, Bogotá. HERRAMIENTAS DE INGENIERIA

Matlab. v.2008. ® Ansys .v.12. ® Solid Edge V.20. ®Statgraphics. Excel. Solver Workbench. V12. ®

MUCHAS GRACIAS

Luis Alexander Ávila Calderón

laavilac@unal.edu.co

Jonathan David salamanca Mora

jdsalamancam@unal.edu.co

Jorge Andrés Sarmiento Becerra

jasarmientob@unal.edu.co