DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA PORTÁTIL …

DDIISSEEÑÑOO YY CCOONNSSTTRRUUCCCCIIÓÓNN DDEE UUNN SSIISSTTEEMMAA PPOORRTTÁÁTTIILL VVEERRIIFFIICCAADDOORR DDEE TTAAXXÍÍMMEETTRROOSS

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22000088

DDIISSEEÑÑOO YY CCOONNSSTTRRUUCCCCIIÓÓNN DDEE UUNN SSIISSTTEEMMAA PPOORRTTÁÁTTIILL VVEERRIIFFIICCAADDOORR DDEE TTAAXXÍÍMMEETTRROOSS

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TTRRAABBAAJJOO DDEE GGRRAADDOO

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22000088

NNoottaa ddee aacceeppttaacciióónn::

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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____________________________________________________________________________ IInngg.. NNééssttoorr PPeennaaggooss

BBooggoottáá DD..CC.. 1100 ddee ooccttuubbrree 22000088

DDEEDDIICCAATTOORRIIAA EEnn pprriimmeerr lluuggaarr ttooddaass yy ccaaddaa uunnaa ddee llaass ppeerrssoonnaass qquuee iinntteerrvviinniieerroonn eenn eessttee pprrooyyeeccttoo ddee ggrraaddoo llee aaggrraaddeecceemmooss aa DDiiooss eell pprriivviilleeggiioo ddee eedduuccaarrnnooss ccoommoo pprrooffeessiioonnaalleess iinntteeggrraalleess,, eenn uunnaa ssoocciieeddaadd ddee ooppoorrttuunniiddaaddeess ttaann eessccaassaass,, ddoonnddee pprriimmaann pprriioorriiddaaddeess eexxttrreemmaaddaammeennttee mmuunnddaannaass..

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AAlleexxaannddeerr……

EEnn eessppeecciiaall aa mmiiss ppaaddrreess qquuiieenneess ffuueerroonn ppiieezzaa ffuunnddaammeennttaall eenn mmii ddeessaarrrroolllloo ccoommoo pprrooffeessiioonnaall,, aa mmiiss hheerrmmaannooss qquuiieenneess eessttuuvviieerroonn ssiieemmpprree ddiissppuueessttooss aa bbrriinnddaarrmmee ssuu aappooyyoo yy aa mmii nnoovviiaa qquuiieenn eessttuuvvoo ccoonnmmiiggoo eenn ttooddoo mmoommeennttoo..

JJoorrggee EEnnrriiqquuee…… AA DDiiooss,, aa mmiiss ppaaddrreess,, hheerrmmaannooss yy ddeemmááss ffaammiilliiaarreess qquuee eessttuuvviieerroonn pprreesseenntteess aa lloo llaarrggoo ddee eessttee pprroocceessoo,, qquuee eessttuuvvoo lllleennoo ddee ttrrooppiieezzooss yy ttrriiuunnffooss.. PPeerroo qquuee aa ppeessaarr ddee ttooddoo ssee ccuummpplliióó ccoonn eell oobbjjeettiivvoo..

AAGGRRAADDEECCIIMMIIEENNTTOOSS AAll IInnggeenniieerroo NNééssttoorr PPeennaaggooss,, ppoorr ssuu ccoollaabboorraacciióónn eenn eell pprroocceessoo ddee ddeessaarrrroolllloo ddeell PPrrooyyeeccttoo.. AA llaa SSEECCRREETTAARRÍÍAA DDEE TTRRÁÁNNSSIITTOO YY TTRRAANNSSPPOORRTTEE DDEE BBOOGGOOTTÁÁ,, ppoorr pprrooppoorrcciioonnaarrnnooss ssuu ccoonnffiiaannzzaa eenn llaa rreeaalliizzaacciióónn ddeell pprrooyyeeccttoo.. AAll IInnggeenniieerroo AAddoonnaaii VVaarreellaa,, CCaarrllooss GGoonnzzáálleezz ppoorr ccoommppaarrttiirr ssuuss ccoonnoocciimmiieennttooss yy bbrriinnddaarr llaa oorriieennttaacciióónn aapprrooppiiaaddaa eenn eell ddeessaarrrroolllloo ddee llaa tteessiiss.. AA llaa FFaaccuullttaadd ddee IInnggeenniieerrííaa MMeeccaattrróónniiccaa ddee llaa UUnniivveerrssiiddaadd ddee SSaann BBuueennaavveennttuurraa,, ppoorr llooss ccoonnoocciimmiieennttooss pprrooppoorrcciioonnaaddooss dduurraannttee eell pprroocceessoo ddee aapprreennddiizzaajjee yy ffoorrmmaacciióónn ccoommoo IInnggeenniieerrooss.. AA nnuueessttrrooss ppaaddrreess,, aammiiggooss,, hheerrmmaannooss qquuiieenneess ffuueerroonn aarrttííffiicceess eenn ggrraann ppaarrttee ddee eessttee llooggrroo..

1

TABLA DE CONTENIDO TABLA DE FIGURAS ..................................................................................................... 5

TABLA DE ILUSTRACIONES ....................................................................................... 9

INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 10

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................ 11

1.1 ANTECEDENTES ................................................................................................... 11

1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ...................................... 12

1.3 JUSTIFICACIÓN .................................................................................................... 12

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................ 13

1.4.1 Objetivo General ................................................................................................... 13

1.4.2 Objetivos Específicos ............................................................................................ 13

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO ............................................ 14

2. MARCO DE REFERENCIA ................................................................................... 15

2.1 MARCO TEÓRICO – CONCEPTUAL .................................................................. 15

2.2 MARCO LEGAL O NORMATIVO ........................................................................ 16

2.2.1 Ley 769 de 2002 Artículo 89 ................................................................................ 16

2.2.2 Tarifas Regulatorias del Servicio de Taxi en Bogotá............................................ 17

3. METODOLOGÍA .................................................................................................... 18

3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN .................................................................. 18

3.2 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB / SUB-LÍNEA DE FACULTAD

/CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA ................................................................... 18

3.2.1 Línea. ..................................................................................................................... 18

3.2.2 Sublínea. ................................................................................................................ 18

3.2.3 Campo. .................................................................................................................. 19

3.3 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN ....................................... 19

3.4 HIPÓTESIS .............................................................................................................. 20

3.5 VARIABLES ........................................................................................................... 20

2

3.5.1 Variables Independientes. ..................................................................................... 20

3.5.2 Variables Dependientes. ........................................................................................ 20

4. DESARROLLO INGENIERIL ............................................................................... 20

4.1 MÓDULO DE RECEPCIÓN ................................................................................... 21

4.2 ESTRUCTURA MECÁNICA ................................................................................. 28

4.2.1 Ecuación para Estimar las Dimensiones de la Rueda ........................................... 28

4.2.2 Carga Aplicada ...................................................................................................... 30

4.2.3 Especificaciones Motor ......................................................................................... 36

4.2.4 Análisis del Momento Flector y Deflexión del Eje .............................................. 37

4.2.5 Diseño de Ejes ...................................................................................................... 38

4.2.6 El Diseño de Ejes de Materiales Dúctiles ............................................................. 38

4.2.7 Análisis con el Software Md-Solids ...................................................................... 40

4.2.8 Comprobación de los Cálculos Realizados por el Software ................................. 42

4.2.9 Deflexión por Ecuaciones de Singularidad ........................................................... 45

4.2.10 Deflexión Intervalos ............................................................................................ 46

4.2.11 Cálculo del Soporte y Rodamiento ..................................................................... 46

4.2.12 Duración del Rodamiento ................................................................................... 48

4.2.13 Esfuerzo a la Tensión .......................................................................................... 48

4.2.14 Tornillo Chumacera ............................................................................................ 51

4.2.15 Tornillos Ajuste Estructura ................................................................................. 52

4.2.16 Estimación de Rigidez del Tornillo..................................................................... 56

4.2.17 Estimación de Rigidez de la Junta ...................................................................... 56

4.2.18 Calculo de Rodillo .............................................................................................. 57

4.2.19 Calculo disco de refuerzo .................................................................................... 60

4.2.20 Calculo Soldadura de Estructura ......................................................................... 62

4.2.21 Calculo Soldadura de Rodillo ............................................................................. 63

3

4.2.22 Calculo Trinquete ................................................................................................ 64

4.2.23 Calculo Pasador Trinquete .................................................................................. 66

4.2.24 Rampa ................................................................................................................. 67

4.2.25 Soldadura Rampa ................................................................................................ 82

4.2.26 Calculo Bisagra ................................................................................................... 85

4.2.27 Soldadura Bisagra ............................................................................................... 89

4.3 UNIDAD CENTRAL............................................................................................... 93

5. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................... 99

5.1 ANALISIS DE LA ESTRUCTURA POR ELEMENTOS FINITOS “ANSYS” .... 99

5.1.1 Análisis de Rodillo. ............................................................................................ 104

5.1.2 Análisis de la Rampa. .......................................................................................... 112

5.1.3 Análisis Bisagra. ................................................................................................. 121

5.1.4 Análisis Trinquete. .............................................................................................. 124

5.2 ANALISIS FUNCIONAMIENTO GENERAL ..................................................... 129

6. CONCLUSIONES ................................................................................................. 130

7. RECOMENDACIONES ........................................................................................ 131

8. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 132

9. GLOSARIO ........................................................................................................... 133

ANEXO A ..................................................................................................................... 134

ANEXO B ..................................................................................................................... 137

ANEXO C ..................................................................................................................... 138

ANEXO D ..................................................................................................................... 139

ANEXO E ..................................................................................................................... 140

ANEXO F ..................................................................................................................... 141

ANEXO G ..................................................................................................................... 147

ANEXO H ..................................................................................................................... 161

ANEXO I ...................................................................................................................... 163

ANEXO J ...................................................................................................................... 180

ANEXO L ..................................................................................................................... 185

4

ANEXO K ..................................................................................................................... 186

5

TABLA DE FIGURAS

Figura 1 Esquema general de trabajo ............................................................................. 21

Figura 2 Montaje para probar el sensor.......................................................................... 22

Figura 3 Montaje para Acople del Sensor ...................................................................... 23

Figura 4 Algoritmo Módulo de Recepción .................................................................... 25

Figura 5 Relación de rodamiento para cálculo de velocidad ......................................... 29

Figura 6 Geometría llanta-rodillo................................................................................... 31

Figura 7 Diagrama cortante y momento Flector (Equivalente peso rodillo) ................. 31

Figura 8 Geometría de momentos. ................................................................................. 32

Figura 9 Geometría caso uno ......................................................................................... 32

Figura 10 Geometría caso dos ........................................................................................ 33

Figura 11 Geometría caso tres ....................................................................................... 34

Figura 12 Llanta sobre rodillo ........................................................................................ 35

Figura 13 Carga inducida por el peso ............................................................................ 35

Figura 14 Diagrama cortante y momento Flector (Equivalente peso rodillo) ............... 36

Figura 15 Eje del rodillo con sus cargas ........................................................................ 37

Figura 16 Diagrama cortante y momento flector (eje del rodillo) ................................. 40

Figura 17 Inserción del diámetro calculado en el software............................................ 41

Figura 18 Propiedades de la Geometría ......................................................................... 41

Figura 19 Deflexión total con 1 pulgada de diámetro .................................................... 42

Figura 20 Diagrama de cuerpo libre .............................................................................. 42

Figura 21 Sección 1 ........................................................................................................ 43

Figura 22 Sección 2 ........................................................................................................ 44

Figura 23 Sección 3 ........................................................................................................ 44

Figura 24 Ecuaciones de singularidad............................................................................ 45

Figura 25 Determinación del Perfil ................................................................................ 48

Figura 26 Diagrama cortante y momento flector (en el perfil L 2x2x1/8) ..................... 49

Figura 27 Geometría seleccionada (Perfil L 2x2x1/8) ................................................... 50

Figura 28 Propiedades geométricas del perfil ................................................................ 50

6

Figura 29 Diagrama de deflexión ................................................................................... 51

Figura 30 Diagramas de cuerpo libre (Fuerza producida por el peso y el torque) ......... 52

Figura 31 Diagramas de cuerpo libre (torque) ............................................................... 53

Figura 32 Perfil en L y soporte para el rodamiento ...................................................... 54

Figura 33 Tornillo seleccionado..................................................................................... 55

Figura 34 Diagrama de cuerpo libre (Eje hueco) ........................................................... 57

Figura 35 Ubicación geométrica .................................................................................... 58

Figura 36 Disco de Refuerzo ......................................................................................... 60

Figura 37 Soldadura (perfil) ........................................................................................... 62

Figura 38 Soldadura (rodillo) ......................................................................................... 63

Figura 39 Trinquete ........................................................................................................ 64

Figura 40 Área crítica trinquete ..................................................................................... 65

Figura 41 Rampa ............................................................................................................ 67

Figura 42 Descomposición de fuerzas ........................................................................... 67

Figura 43 Diagrama momento cortante y flector Perfil 2x2x1/8 .................................. 68

Figura 44 Inserción geometría ....................................................................................... 69

Figura 45 Propiedades de la geometría .......................................................................... 69

Figura 46 Diagrama deflexión ....................................................................................... 70

Figura 47 Diagrama cortante y momento flector (en el perfil L 1x1x1/8 ) ................... 71

Figura 48 Geometría seleccionada (Perfil L 1x1x1/8 ) ................................................. 71


Figura 50 Perfil tipo 2 .................................................................................................... 73

Figura 51 Diagrama cortante y momento flector (en el perfil L 1x1x1/8) ..................... 74

Figura 52 Geometría seleccionada (Perfil L 1x1x1/8 ) ................................................. 75


Figura 54 Diagrama de deflexión (en el perfil L 1x1x1/8) ............................................ 77

Figura 55 Geometría seleccionada (Perfil L 1 ½” x 1 ½” x 1/8”).................................. 77


Figura 57 Diagrama de deflexión (en el perfil L 1 ½” x 1 ½” x 1/8”) ........................... 79

Figura 58 Diagrama de deflexión (en el perfil L 1 ½” x 1 ½” x 1/8”) ........................... 80

Figura 59 Geometría seleccionada (Perfil L 1 ½” x 1 ½” x 1/8”).................................. 80

7


Figura 61 Soldadura rampa Perfil tipo 1 y tipo 2 ........................................................... 82

Figura 62 Geometría de soldadura a flexión ................................................................. 82

Figura 63 Nomenclatura ................................................................................................. 83

Figura 64 Diagrama de momento cortante y flector ...................................................... 84

Figura 65 Rampa ajuste .................................................................................................. 85

Figura 66 Vista de montaje de perfil .............................................................................. 86

Figura 67 Cargas aplicadas en la bisagra ....................................................................... 86

Figura 68 Material bisagra ............................................................................................. 88

Figura 69 Soldadura bisagra........................................................................................... 89

Figura 70 Soldadura bisagra vista lateral ....................................................................... 89

Figura 71 Geometría de soldadura ................................................................................. 90

Figura 72 Diagrama momento flector y cortante ........................................................... 90

Figura 73 Diagrama de fuerzas, descomposición .......................................................... 91

Figura 74 Conexión de pulsador .................................................................................... 93

Figura 75 Regulador de Voltaje ..................................................................................... 94

Figura 76 Algoritmo Unidad Central ............................................................................. 96

Figura 77 Estructura con sus Respectivas Cargas .......................................................... 99

Figura 78 Deformación Total Estructura ..................................................................... 100

Figura 79 Estructura esfuerzo equivalente ................................................................... 101

Figura 80 Estructura esfuerzo cortante máximo. ......................................................... 102

Figura 81 Estructura Factor de seguridad. ................................................................... 103

Figura 82 Carga Rodillo ............................................................................................... 104

Figura 83 Cargas Rodillo ............................................................................................. 105

Figura 84 Deformación Total Rodillo. ......................................................................... 106

Figura 85 Esfuerzo Equivalente Rodillo. ..................................................................... 107

Figura 86 Esfuerzo Cortante Máximo Rodillo. ............................................................ 108

Figura 87 Factor de Seguridad Rodillo. ....................................................................... 109

Figura 88 Factor de Seguridad por Fatiga Rodillo. ...................................................... 110

Figura 89 Vida Rodillo. ............................................................................................... 111

Figura 90 Rampa con sus Cargas. ................................................................................ 112

8

Figura 91 Deformación de la Rampa Vista Isométrica. ............................................... 113

Figura 92 Deformación de la Rampa vista Lateral. ..................................................... 114

Figura 93 Esfuerzo Equivalente de la Rampa vista Isométrica. ................................... 115

Figura 94 Esfuerzo Equivalente de la Rampa vista Lateral. ........................................ 116

Figura 95 Esfuerzo Cortante de la Rampa vista Isométrica. ........................................ 117

Figura 96 Esfuerzo Cortante de la Rampa vista Lateral. ............................................. 118

Figura 97 Factor de Seguridad Rampa Vista Isométrica. ............................................ 119

Figura 98 Factor de Seguridad Rampa Vista Lateral. .................................................. 120

Figura 99 Cargas para Analizar las Bisagras. .............................................................. 121

Figura 100 Deformación Bisagra. ................................................................................ 122

Figura 101 Factor de Seguridad Bisagra. ..................................................................... 123

Figura 102 Cargas Trinquete. ....................................................................................... 124

Figura 103 Deformación Trinquete. ............................................................................. 125

Figura 104 Esfuerzo Equivalente Trinquete. ............................................................... 126

Figura 105 Esfuerzo Cortante Trinquete. ..................................................................... 127

Figura 106 Factor de Seguridad Trinquete................................................................... 128

9

TABLA DE ILUSTRACIONES

Tabla 1 Tarifas Regulatorias del Servicio de Taxi en Bogotá. ...................................... 17

Tabla 2 Recargo por servicio puerta a puerta. ................................................................ 18

Tabla 3 Selección del Sensor de Segmento.................................................................... 21

Tabla 4 Cargas aplicadas a ejes estacionarios ................................................................ 39

Tabla 5 Cargas aplicadas a ejes en rotación ................................................................... 39

Tabla 6 Propiedades electrodos ...................................................................................... 85

Tabla 7 Selección del tornillo ........................................................................................ 87

Tabla 8 Factor de Seguridad Soldadura ......................................................................... 91

10

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA PORTÁTIL VERIFICADOR DE TAXÍMETROS

INTRODUCCIÓN En la actualidad la Ingeniería está incursionando en diferentes áreas para dar soluciones a problemáticas que surgen a diario, en conformidad con lo anterior se direccionó el estudio hacia el sector del transporte público (taxis); a partir de allí se inició un análisis exhaustivo sobre los diferentes problemas que se presentan en este campo de acción, utilizando como herramienta la encuesta, uno de los medios más utilizados para conocer la opinión de las personas. Se obtuvo como resultado que uno de los mayores inconvenientes se encontraba en el sector del transporte individual “taxis”. De esta manera surgió la idea de crear un sistema que diera fin a la problemática causada por los sobrecostos en las tarifas que cobran los taxistas a los usuarios del servicio, por tal motivo sería pertinente la implementación de un “sistema portátil verificador de taxímetros“, el cual será una solución más ágil y veraz a la hora de detectar las posibles alteraciones que se encuentren en los taxímetros, siendo útil, tanto para los agentes de tránsito, quienes son los encargados de verificar el óptimo funcionamiento de los taxímetros, como para los usuarios, quienes son los directamente perjudicados.

11

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 ANTECEDENTES En Bogotá hay taxis de turismo y de servicio público urbano, intermunicipal e interdepartamental. El costo del servicio es muy económico y de buena calidad. Dentro del taxi, en un lugar visible para el pasajero, debe haber una identificación tanto del vehículo como del conductor y una planilla que indica las tarifas según la marcación de unidades del taxímetro, con su respectiva equivalencia en pesos ($), para mayor seguridad e información del pasajero.

En relación a lo anterior se puede establecer que hay pocas normas que regulen el servicio de taxi, ya que se presentan taxistas sin permiso para prestar dicho servicio así como taxímetros y planillas adulterados, lo cual les permite hacer cobros mayores a los justos en relación a la trayectoria recorrida, sin que los usuarios tengan a donde quejarse, de allí la iniciativa de diseñar e implementar un sistema verificador de taxímetros portátil, para mitigar dicha problemática, ya que servirá de herramienta para los agentes de tránsito en su tarea de verificación de taxímetros, asegurará al usuario que el cobro por el servicio es el establecido y redimirá el trabajo de los taxistas haciendo más equitativa y justa la competencia en su ramo.

Debido a que en la actualidad no existe un sistema con las mismas características que brindará el existente proyecto “sistema portátil verificador de taxímetros“, se hace necesario mencionar algunos de los procedimientos utilizados en el momento, tales como:

Métodos utilizados actualmente por los agentes de tránsito: • Por tiempo: cada 30 segundos se verifica el incremento de una unidad en el

taxímetro, estando el vehículo estacionado. • Por distancia: cada 100 metros de avance se verifica el incremento de una unidad

en el taxímetro.

Método obligatorio por el Ministerio de Transporte (Revisión técnico - mecánica anual) El vehículo es colocado en un sistema de rodillos, un técnico en la cabina toma la medida del taxímetro y verifica si corresponde a los valores estipulados y reglamentados.

12

1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Qué dispositivo y que características debe tener un sistema portátil verificador de taxímetros para dar solución al problema?

El problema actual frente a la prestación del servicio de transporte personalizado. Taxi, radica en que los taxistas de una forma arbitraria, se han tomado la libertad de cobrar tarifas especulativas creadas según su conveniencia, valiéndose de argumentos, como el horario, la localidad de destino del pasajero, la afluencia de tráfico y hasta el estado de las vías de tránsito vehicular, por las que habrán de transitar, de ésta manera los pasajeros quedan desprotegidos ante tal situación en la cual se someten a ser agredidos verbalmente y hasta físicamente en algunos casos de intolerancia, y frente a quien se quejan si muchos de los taxis y taxistas que hoy en día transitan libremente en la ciudad no están relacionados en ninguna base de datos del sistema nacional, o carecen de los requisitos mismos para operar prestando éste servicio. A esto se suma la imposibilidad de los agentes de tránsito para controlar la afluencia del parque taxista de la ciudad, ya que cada inspección de taxi requiere de mayor tiempo que la de otros vehículos y solo se cuenta con un agente por varios kilómetros de malla vial, para lo tanto sería ideal un “Sistema portátil verificador de taxímetros”, ya que no tomaría al agente de tránsito tanto tiempo realizar la validación del vehículo, ni se vería obligado a enviarlo a centros especializados para la revisión, ésta podría llevarse a cabo de manera inmediata, haciendo posible certificar la medición y tasación realizada por el taxímetro en la ponderación del cobro de tarifas por el tiempo y distancia. 1.3 JUSTIFICACIÓN La implementación de la herramienta de verificación de taxímetros beneficiará en primera instancia a los usuarios de taxi en Bogotá, y será de gran ayuda para los agentes de tránsito a quienes les permitirá ahorrar tiempo en el proceso existente el cual es demasiado dispendioso; evitando desplazamientos, espera para la verificación y exactitud en el proceso. ¿A quién le interesa la herramienta?

A la sociedad y usuarios del servicio de taxi, pues se les garantizará el cobro justo del servicio. De igual forma a los funcionarios de la Secretaría de Movilidad directamente relacionados con el sistema de taxis pues optimizará su labor (agentes de tránsito), y a los taxistas, pues el servicio será más equitativo y les permitirá incrementar su credibilidad ante los usuarios.

Sera original el proyecto de “Diseño y construcción de un sistema portátil verificador de taxímetros” pues se constituirá en una herramienta o dispositivo útil que limita las oportunidades de fraude contra los usuarios del servicio de taxi, y por

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tanto apoya la labor de los taxistas ofreciéndoles igualdad de condiciones para la competencia laboral, además de hacer más digna su labor. A la vez permitirá agilidad en el servicio de verificación de taxímetros a la entidad “Secretaría de Movilidad de Bogotá”, mejorando su asistencia y garantizando la calidad del servicio de taxi, a los ciudadanos así como la detección de irregularidades del sistema.

De igual manera será una herramienta nueva que aporta a la sociedad una solución práctica para evitar el fraude y al mismo tiempo la implementación del servicio verificará la funcionalidad del taxímetro directa e inmediatamente, además de ser portátil para la inspección de cada vehículo, será un mecanismo de ayuda integrado que proporciona beneficios a la Secretaría de Movilidad de Bogotá, usuarios de taxi y taxistas en general.

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 1.4.1 Objetivo General Diseñar y construir un dispositivo portátil, capaz de medir de una forma veraz y acertada las unidades requeridas en el taxímetro, con relación a un tiempo y/o distancia recorrida. Conformado de un sistema mecánico y electrónico.

1.4.2 Objetivos Específicos

1. Diseñar e implementar un receptor que permita reconocer los caracteres del taxímetro para su envío a la unidad central.

2. Diseñar un método de comunicación entre los sensores del display y la unidad central, que sea capaz de capturar y enviar los datos de manera correcta.

3. Diseñar y construir una unidad central de procesos U.C.P. que cumpla con

comprobación y validación de datos.

4. Diseñar un sistema mecánico capaz de cumplir con las exigencias de carga y movimiento.

14

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO

En todo trabajo de investigación se encuentran algunos inconvenientes los cuales debemos poder solventar y estar en la capacidad de convivir con ellos y solucionarlos, a la vez también nos obligamos a tener en cuenta el aprovechamiento máximo de las herramientas que tenemos a nuestra disposición por lo cual es necesario hacer a continuación un énfasis en:

• Por tratarse de un proyecto innovador en el mercado, se obtiene la aprobación (verbal) y el interés (por escrito), de la necesidad del Sistema Portátil Verificador de Taxímetros en la Secretaria de Movilidad para su posible implementación, más no la contribución económica para el diseño hasta no conocer el resultado del mismo.

• Lograr que el peso aproximado del sistema sea de 80 kgs, puesto que está por debajo de la capacidad de carga de los vehículos que usa la Secretaria de Tránsito de Bogotá que es de 600 kgs y está al alcance de la capacidad de carga que un ser humano tiene.

• El dispositivo no puede ser puesto en marcha con un vehículo el cual exceda un peso de 1.5 toneladas.

• El sensor de recepción del sistema no se adapta a todos los tipos de taxímetros,

siendo este viable para la mayoría de existentes (los más utilizados por los taxis).

• La no uniformidad de los sistemas de tracción en los taxis existentes,

encontrando inconvenientes en el taxi chevrolet chevette por su tracción trasera.

• El dispositivo por seguridad no debe ponerse en marcha en condiciones climáticas no favorables (lluvias, granizadas, entre otros), pues podría afectar el buen funcionamiento y rendimiento del sistema.

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2. MARCO DE REFERENCIA 2.1 MARCO TEÓRICO – CONCEPTUAL

• En la actualidad no existe un sistema portátil que verifique los taxímetros, por lo tanto no hay referencia alguna para el proyecto, las verificaciones se llevan a cabo en centros especializados, donde se tiene en cuenta un margen de error para dichas mediciones, para los taxis se comprueba el margen de error en la medida de distancia (entre 300 metros y 1 kilómetro) y tiempo (entre 60 y 180 segundos).

• La única máquina existente en Colombia con fines similares es una máquina que fue diseñada para la verificación de frenos y suspensión, pero que con el paso del tiempo y las necesidades nacientes fue adaptada para realizar un cálculo estimativo de la lectura que debería indicar el taxímetro. La prueba consiste en poner en funcionamiento los rodillos y a medida que ellos avanzan se va tomando un tiempo, con el cual se remiten a una tabla ya estipulada (tiempo contra unidades registradas) que debe concordar con las unidades marcadas en el taxímetro. Con base en esto se plantea el modo de operación del sistema objeto de este estudio.

• El sensor del taxímetro se encuentra acoplado al eje axial delantero, dado que la gran mayoría (97%) de los taxis usan tracción delantera. Las unidades de inicio mínimas para el taxímetro son de 25, pero el cobro mínimo se calcula sobre 50 unidades. El cambio de unidad se lleva a cabo cada 30 segundos o cada 100 metros de recorrido.

Algunos sensores que fueron tenidos en cuenta para la selección son:

• LDR es un dispositivo que varía su resistencia en función de la luz que incide sobre su superficie, mientras mayor sea la intensidad luminosa que incide sobre la superficie menor será la resistencia entre sus extremos y viceversa.

• CNY70 es un sensor óptico reflexivo con salida a transistor, fabricado por Vishay Telefunken Semiconductors, tiene una construcción compacta donde el emisor de luz y el receptor se colocan en la misma dirección para detectar la presencia de un objeto por medio de la reflexión de luz infrarroja.

• GP3S62 es un sensor compacto fabricado por Sharp Corporation, utiliza como emisor un diodo led emisor de infrarrojos y un fototransistor como receptor.

Para controlar las funciones se hizo una selección de los siguientes microcontroladores:

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• PIC 16F84 el cual está encapsulado en un económico DIL de 18 pines, este puede trabajar con una frecuencia máxima de 10 MHz, alimentación con 5 voltios, tiene dos puertos E/S puerto A con 5 líneas, puerto B con 8 líneas, con un valor comercial de $8.000.

• PIC 16F877A está encapsulado en un PDIP de 40 pines, procesador de arquitectura RISC avanzada, juego de sólo 35 instrucciones de 14 bits de longitud, memoria de programa tipo flash, hasta 368 Bytes de memoria de datos RAM, voltaje de alimentación comprendido entre 2 y 5,5 V, tiene 5 puertos E/S puerto A con 6 líneas, puerto B con 8 líneas, puerto C con 8 líneas, puerto D con 8 líneas, puerto E con 3 líneas, valor comercial $10.000.

El método de visualización:

• LCDC 16X2 pantalla de cristal liquido, tiene la capacidad de mostrar cualquier carácter alfanumérico, la pantalla consta de una matriz de caracteres distribuidos en dos líneas de 16 caracteres por cada línea, caracteres de 5X7 con retroiluminación tipo led.

• LCDC 16X4 pantalla de cristal liquido, tiene la capacidad de mostrar cualquier carácter alfanumérico, la pantalla consta de una matriz de caracteres distribuidos en cuatro líneas de 16 caracteres por cada línea, caracteres de 5X7 con retroiluminación tipo led.

• LCDC 20X4 Interfaz para aplicaciones con microcontroladores, que permite visualizar 40 caracteres alfanuméricos en cuatro líneas de 20 caracteres, incorpora una tabla completa de caracteres ASCII y además puede operar con caracteres definidos por el usuario.

El sensor de revoluciones es un dispositivo electromecánico, que convierte la rotación angular en una señal digital eléctrica. Conectado a la electrónica adecuada y a través de los apropiados vínculos mecánicos.

2.2 MARCO LEGAL O NORMATIVO

2.2.1 Ley 769 de 2002 Artículo 89 El proyecto se concibe como herramienta útil para cumplir con las normatividades de la ley. De a cuerdo a lo anterior se cita del Código Nacional de Tránsito Ley 769 de 2002·, Capítulo IV Para El Transporte Público el siguiente fragmento: “Articulo 89. Taxímetro: Ningún vehículo autorizado para prestar el servicio público con taxímetro, podrá hacerlo cuando no lo tenga instalado, no funcione correctamente o

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tenga los sellos rotos o etiquetas adhesivas con calibraciones vencidas o adulteradas. El taxímetro debe colocarse en un lugar visible”. Es notable que la puesta en marcha de nuestro proyecto ayudara a las autoridades a cumplir con el artículo 89, teniendo controles sobre el servicio público (Taxis).

2.2.2 Tarifas Regulatorias del Servicio de Taxi en Bogotá La ciudad cuenta con aproximadamente 48.337 taxis (a mayo 31 de 2008), con tarjeta de operación vigente. La tarifa del servicio se determina en unidades, cada unidad cuesta 59 pesos por cada 100 metros recorridos o por cada 30 segundos en el cual el vehículo se encuentre detenido, de esta manera se van acumulando las unidades en el taxímetro.

Tabla 1 Tarifas Regulatorias del Servicio de Taxi en Bogotá.

Ítem Numero de Unidades

Valor

Valor unidad cada 100 metros 1 $59

Arranque o Banderazo 25 $1.500

Valor por cada 30 segundos de espera 1 $59

Recargo al y del Aeropuerto y Puente Aéreo 50 $2.900

Recargo Nocturno (20:00 a las 5:00 horas) Dominical y Festivo 24 $1.400

Carrera Mínima 50 $2.900

Servicio por hora 225 $13.300

De acuerdo al decreto 237/06, en adelante sólo se realizará una revisión anual a la estructura tarifaria.

Recargo por servicio puerta a puerta por solicitud telefónica del usuario Para la liquidación de la tarifa, según el estudio tarifario, es procedente reconocer un recargo de $500 sólo para las carreras que se soliciten por teléfono. Este recargo incluye los costos de radio teléfono y comunicaciones, así:

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Tabla 2 Recargo por servicio puerta a puerta.

Ítem Numero de Unidades

Valor

Recargo por servicio puerta a puerta por solicitud telefónica del usuario.

9 $500

3. METODOLOGÍA 3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN EMPÍRICO ANALÍTICO 3.2 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB / SUB-LÍNEA DE FACULTAD / CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA

3.2.1 Línea.

La línea a la que corresponde este proyecto es Tecnologías actuales y sociedad. Con el fin de dar soluciones a problemas que se encuentran latentes en nuestra sociedad, se han venido realizando mejoras a nivel de proceso en algunas herramientas las cuales deberían ser imprescindibles en el ámbito social (en este caso se ha hecho una mejora en el proceso de verificación y calibración de los taxímetros).

3.2.2 Sublínea.

La sublínea a la que corresponde este proyecto es Instrumentación y Control de Procesos, debido a que se realizara un instrumento que garantice el proceso de medición en los taxímetros. Además se deben estudiar varias variables, las cuales deben ser adaptadas de tal forma que den una misma respuesta a una entrada (entrada: distancia recorrida por el auto o tiempo utilizado del mismo; salida: medición hecha por el taxímetro y por el verificador de taxímetros).

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3.2.3 Campo. El campo temático del proyecto Automatización de Procesos, puesto que el proyecto busca la forma de reducir los esfuerzos que pueda realizar cualquier persona a la hora de hacer el proceso de verificación de taxímetros.

3.3 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN Para solucionar la problemática que ocupa este proyecto se utilizaron diferentes medios de investigación los cuales con llevan a la formulación del problema específico y el diseño de la solución.

Observación directa:

• Al ver que los agentes de tránsito no realizan retenes frecuentemente por lo engorroso del proceso.

• Algunos taxistas aprovechan dicha problemática de los agentes de tránsito para aumentar su rentabilidad de forma indebida.

• Inconformidad en los usuarios del servicio.

Entrevista:

• El agente de tránsito muestra cómo es el proceso aplicado en el vehículo para la

verificación del taxímetro, señalando la incapacidad e poca exactitud del sistema actual y las necesidades para mejorarlo.

• La mayoría de usuarios encuestados se muestran inconformes por los cobros realizados dada la incertidumbre del funcionamiento del taxímetro.

Investigación:

• Documentación con funcionarios de la Secretaría de Tránsito y Transporte. • Internet • Código de tránsito • Catálogos y libros especializados en cada área.

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3.4 HIPÓTESIS El sistema estará en capacidad de comprobar que el taxímetro esté registrando las unidades requeridas, basándose en el tiempo y/o el recorrido de los rodillos. Mostrando el resultado en una pantalla LCD.

3.5 VARIABLES 3.5.1 Variables Independientes.

Diámetro de la rueda: Debido a que el diámetro de la rueda no es el mismo por las variaciones que se tienen en el mercado, el sensor cambiará la frecuencia en el tren de pulsos y afectará el resultado. Tipo de tracción: Como ya se ha dicho existe un pequeño porcentaje de taxis con tracción trasera (cercano al 3%) esto cambiaría la forma de ubicación del sistema Desgaste mecánico: debido a que algunos componentes mecánicos se consiguiente la exactitud del sistema depende exclusivamente del buen mantenimiento de las piezas implicadas. Presión de inflado: Si la llanta del taxi a evaluar no posee la presión adecuada alteraría negativamente los resultados.

3.5.2 Variables Dependientes.

Correcta ubicación del sensor del display del taxímetro: Dado de que si este no queda propiamente instalado se pueden obtener lecturas falsas e inclusive se puede llegar a la interrupción de la prueba. Velocidad de transferencia de datos: Está determinada principalmente por la velocidad con que se realice el reconocimiento de las señales de los dos sensores.

4. DESARROLLO INGENIERIL El proyecto está compuesto de tres conjuntos esenciales que dan forma a éste, los cuales son: Modulo de Recepción, Unidad Central y la Estructura Mecánica. En la figura 1 se propone el esquema del sistema.

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Figura 1 Esquema general de trabajo

4.1 MÓDULO DE RECEPCIÓN Para poder captar y transmitir las unidades que tiene el taxímetro a la Unidad Central se usan dos circuitos. En la tabla 3 se ilustra los sensores para recibir la información de cada uno de los siete segmentos, de las tres unidades que se necesitan para la lectura del taxímetro. Tabla 3 Selección del Sensor de Segmento

SENSOR TAMAÑO COMPOTAMIENTO EN PRUEBAS PRECIO (UNIDAD)

LDR Diámetro 2,5mm Alto 3mm

*Sensible a la luz ambiente *Tamaño favorable *Bajas variaciones de voltaje a la presencia o no de luz en el segmento

$ 600

GP3S62 Base 2*2mm Alto 3mm

*Tamaño favorable *Fácil acoplamiento *Variaciones considerables a la presencia de luz en el segmento

$ 1800

CNY70 Base 3*3mm Alto 2mm

*Tamaño desfavorable *Distancia de conmutación muy lejana (5mm) *Variaciones considerables a la presencia de luz en el segmento

$1100

H216 Base 4*4mm Alto 4mm

*Tamaño desfavorable *Difícil conmutación $ 1000

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Se selecciona el sensor GP3S62 por dos parámetros fundamentales el tamaño y el comportamiento durante las pruebas.

El fototransistor que recibe el haz de luz del segmento tiene una corriente en el colector de IC = 0.12mA en saturación. Para seleccionar la resistencia que esta en el colector se tiene: V = 5v, I = 0.06mA (valor intermedio de corriente de la permitida por el fabricante), se obtiene R de la siguiente ecuación:

Resistencia comercial 82 KΩ En la figura 2 se muestra como se polariza el receptor con una alimentación de 5VDC y la resistencia de 82 kΩ en el colector. Mediante esta conexión al haber presencia de luz en el segmento se tiene un voltaje VA de 4.1 v y en el caso contrario se tiene 4.8v aproximadamente

Figura 2 Montaje para probar el sensor

Los niveles de voltajes del sensor no son niveles lógicos por ende se hace necesario usar amplificadores operacionales como comparadores. Se seleccionó el integrado LM324 ya que este es el integrado con más amplificadores en el mercado En la entrada inversora se conecta la señal del sensor (figura 3) y en la no inversora un nivel de voltaje equivalente a 4.55 v el cual es obtenido como punto medio de los

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voltajes cuando el segmento esta encendido 4.1 v y cuando el segmento esta apagado 4.8 v. Se procede a obtener los 4.55 v para la entrada no inversora.

Figura 3 Montaje para Acople del Sensor

VCC5V

U1A

LM324AD

3

2

11

4

1

VCC5V

VCC5V

R3200Ω

R22.0kΩ

R182kΩ

24

En el cual si el voltaje de la entrada no inversora es mayor que el de la entrada inversora la salida del comparador será “1” y si el voltaje de la entrada inversora es mayor que el de la entrada no inversora, la salida del amplificador será “0”. Se ubican los 21 sensores de tal forma que estos queden posicionados con cada uno de los segmentos del taxímetro. Una vez capturada la señal de cada display estas son ingresadas a los comparadores para determinar los valores lógicos, posteriormente el microcontrolador recibe estos datos, los procesa y se transmite el dato visualizado por el taxímetro a la unidad central, el circuito para ello está compuesto de seis comparadores LM324, resistencias previamente calculadas, un microcontrolador, puertos de comunicación y alimentación tal como se ilustra en el plano electrónico (Anexo B), el montaje físico fue realizado en un circuito impreso a doble cara lo mas compacto posible (Anexo D). Se utiliza el PIC 16F877A1 de “Microchip” por sus características de funcionamiento, bajo precio, consumo reducido, tamaño, fiabilidad, abundancia de información y su facilidad de comunicación con otros microcontroladores. La cantidad de puertos disponibles ayudó a seleccionarlo de la larga lista de microcontroladores que ofrece el mercado. Se habilitan en el microcontrolador los puertos que recibirán los 21 valores lógicos de los circuitos para mayor claridad se ilustra el algoritmo del modulo del receptor en la figura 4. En el puerto A y E se registrarán centenas visualizadas, en el puerto B las decenas y en el puerto D las unidades, Por medio del terminal RC6/TX/CK se enviarán los datos al microcontrolador central. El USART (Universal Syncronous Asyncronous Receiver Transmitter) puede ser configurado para transmitir ocho o nueve bits. Para permitir que los datos sean enviados por el terminal TX se configura la tasa de transmisión, los puertos de transmisión y recepción como salida-entrada respectivamente y enviar la información al registro TXREG. En la recepción los datos seriales son almacenados de la terminal RC7/RX/DT al buffer de recepción y de ahí al registro RCREG. Se elaboro el programa en ensamblador para el microcontrolador 16F877A de Microchip (Anexo F).

1 PALACIOS Enrique, RAMIRO Fernando y LÓPEZ Lucas. Microcontrolador 16F84: programación. México: Mc Graw Hill, Alfaomega, 2004, p.30.

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Figura 4 Algoritmo Módulo de Recepción

INICIO

DEFINICIÓN DELMICROCONTROLADOR

REGISTROS DEPROPÓSITO GENERAL

BANCO 1

PUERTOS A, E, B Y D ENTRADASPUERTO C SALIDA

BANCO 0

PORTA, PORTE → AUX_C

00 = AUX_C 00 → CENTENASSI

NO

06 = AUX_C 64 → CENTENASSI

NO

5B = AUX_C C8 → CENTENASSINO

1

26

1

PORTB → AUX_D

3F = AUX_D 00 → DECEENASSI

NO

06 = AUX_D 0A → DECENASSI

NO

5B = AUX_D 14 → DECENASSI

NO

4F = AUX_D 1E → DECENASSI

NO

66 = AUX_D 28 → DECENASSI

NO

6D = AUX_D 32 → DECENASSI

NO

7D = AUX_D 3C → DECENASSI

NO

07 = AUX_D 46 → DECEENASSI

NO

7F = AUX_D 50→ DECENASSI

NO

6F = AUX_D 5A→ DECENASSINO

PORTD → AUX_U

3F = AUX_U 00 → UNIDADESSI

NO

06 = AUX_U 01 → UNIDADESSI

NO

5B = AUX_U 02→ UNIDADESSI

NO

2 3 4

27

4F = AUX_U 03→ UNIDADESSI

NO

66 = AUX_U 04→ UNIDADESSI

NO

6D = AUX_U 05→ UNIDADESSI

NO

7D = AUX_U 06→ UNIDADESSI

NO

07 = AUX_U 07→ UNIDADESSI

NO

7F = AUX_U 08→ UNIDADESSI

NO

6F = AUX_U 09 → UNIDADESSI

2 3 4

NO

AUX_C → PROCESA

AUX_D + PROCESA → PROCESA

AUX_U + PROCESA → PROCESA

PROCESA → TXREG

FIN

28

4.2 ESTRUCTURA MECÁNICA Es la encargada de facilitar de forma estacionaria, el movimiento rotacional de las ruedas del taxi; para captar mediante un sensor la distancia que recorre en condiciones normales de operación. Este conjunto está compuesto de cálculos mecánicos que determinan la construcción del banco de prueba; dimensiones de la estructura, mecanismo de seguridad, materiales de los elementos a utilizar, entre otros factores que detallan la firmeza de la estructura. Finalmente se ubica un sensor magnético en frente de uno de los rodillos de la estructura, el cual cambia el estado del contacto con la presencia de una fuerza magnética. 4.2.1 Ecuación para Estimar las Dimensiones de la Rueda Con esta ecuación se puede hacer una estimación muy acertada del tamaño de la rueda, con el cual se logrará hacer un cálculo preciso para la maquina real.

Diámetro = RinDiámetroPerfilAncho ..100

**2 +⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

Las unidades están expresadas en milímetros (mm). Referencias de llantas comerciales en Colombia utilizadas en los taxis

1. 175/70 R13

2. 185/70 R13

3. 185/70 R14

4. 195/70 R14

5. 205/70 R14

6. 205/75 R15

Reemplazo la referencia (1) en la ecuación:

mminmmin

2.57514.25*13

10070*175*2

=

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

φ

φ

29

Reemplazando la referencia (6) en la ecuación:

mminmmin

5.68814.25*15

10075*205*2

=

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

φ

φ

Se selecciona el diámetro más pequeño para que de esta forma genere más revoluciones por minuto (rpm). Además de este argumento es importante mencionar que la selección también se hace ya que esta referencia es la más utilizada. Después de analizar una convergencia entre geometrías rodillo – llanta, y estudiando la relación costo vs rpm (las cuales están determinadas por el diámetro del rodillo). Ejemplo: Diámetro del rodillo=25.4mm Velocidad máxima estimada en prueba = 60km/h Figura 5 Relación de rodamiento para cálculo de velocidad

En la figura 5 se observa la rueda rin 13, montada sobre un rodillo para determinar la relación de rodamiento y la componente de velocidad tangencial.

smkm

ms

hhkm

VV

T

T

/6667.161

1000*3600

1*60

=

=

30

rpmsgrad

Wn

srads

m

rvW

1,1253*2

60*338.1312

*2*60

2338,131127.0

6667.16

===

===

ππ

Ajuste utilizado en el montaje de rodamiento al eje H7= ajuste de holgura localizado: proporciona un ajuste firme para la ubicación de las partes estacionarias, pero es posible armarlo y desarmarlo sin ningún inconveniente. Chumaceras en tolerancia H7 permite un máximo de 4500 rpm en un eje de 25.4 mm y para un eje de 40 mm permite alrededor de 3000 rpm. Se escogieron estos rangos de diámetro para el eje.

DIAMETRO DE RODILLO (mm)

RPM RPM MAXIMO RODAMIENTO

(1in) 25.4 12531 EXCEDE LIMITE (2in) 50.8 6565 EXCEDE LIMITE (3in) 76.2 4177 LIMITE (4in) 101.6 3139 ADECUADO (5in) 127 2500 ADECUADO

Se selecciona un diámetro exterior para el rodillo de 4in (101.66mm). 4.2.2 Carga Aplicada Aplicando una carga de 10KN en la trocha delantera del vehículo que son el resultado aproximado de 1000 kilos de masa, nos quedaría dividido en 2 porque esta soportado por 2 ruedas, lo cual se representa en el diagrama siguiente.

31

Figura 6 Geometría llanta-rodillo

Figura 7 Diagrama cortante y momento Flector (Equivalente peso rodillo)

En la figura 7 teniendo como referencia la geometría de la figura 6 se calcula un diagrama de cuerpo libre para hallar las reacciones en los apoyos, que para este caso correspondería a la carga que recibiría cada uno de los cilindros que conforman la estructura. Dando como resultado una fuerza que actúa en el rodillo de 2,5 KN a lo largo del ancho de la llanta del vehículo. Se procederá a determinar la longitud de separación entre los rodillos, tomando como base los momentos generados por el punto de contacto (ver figura 8); para esto se analizarán tres alternativas de las cuales se seleccionara la más adecuada.

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Figura 8 Geometría de momentos.

Caso Uno Se analizan los momentos mediante la geometría de la figura 9, cuando se tiene una distancia mínima de separación entre rodillos. Figura 9 Geometría caso uno

Ѳ=tan^-1(284.18/125.72)=66.13º F1=2500N*cos(66.13)=1011.66N F2=2500N*sen(66.13)=2286.16N M1=-F1*0.05487mm=-55.5096N*m M2=F2*0.02427mm=55.4852N*m Mtotal=M2+M1=0.0244N*m

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Caso Dos Se analizan los momentos mediante la geometría de la figura 10, cuando se tiene una distancia intermedia de separación entre rodillos. Figura 10 Geometría caso dos

Ѳ=tan^-1(250.13/184.4)=53.6017º F1=2500N*cos(53.6017)=1483.49N F2=2500N*sen(53.6017)=2012.28N M1=-F1*0.04829mm=-71.564N*m M2=F2*0.0356mm=71.6372N*m Mtotal=M2+M1=0.073128N*m

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Caso Tres Se analizan los momentos mediante la geometría de la figura 11, cuando se tiene una distancia máxima de separación entre rodillos. Figura 11 Geometría caso tres

Ѳ=tan^-1(313.18/226.1)=43.31º F1=2500N*cos(43.31)=1819.13N F2=2500N*sen(43.31)=1714.86N M1=-F1*0.04116mm=-74.8754N*m M2=F2*0.04366mm=74.8708N*m Mtotal=M1+M2=0.0046032N*m Con base en lo anterior, en el caso uno y tres se presentan momentos totales de 0.0244N*m y 0.0046032N*m respectivamente, en estos casos se corre el riesgo de que a causa de alguna vibración la llanta abandone los rodillos o en su defecto tenga un rozamiento con el suelo. En el caso numero dos se tiene un momento total de 0.073128N*m, el cual por su geometría brinda mayor seguridad que los casos anteriores, ya que la línea de referencia en la huella de la llanta se encuentra en el nivel intermedio de los rodillos, el momento obtenido en el caso dos no afecta significativamente el análisis de los momentos torsores para el eje, por las situaciones previamente analizadas se toma la decisión de utilizar la distribución geométrica del caso dos.

35

Figura 12 Llanta sobre rodillo

En la figura 12 se tiene una vista de corte del rodillo soportando la llanta del vehículo

Figura 13 Carga inducida por el peso

La figura 13 muestra la carga resultante del diagrama de cuerpo libre de la figura 7 lo cual produce una carga distribuida sobre el ancho de la llanta 250mm Carga distribuida: KNKN 10

25.05.2

=

36

Figura 14 Diagrama cortante y momento Flector (Equivalente peso rodillo)

La figura 14 muestra el momento flector y fuerza cortante producida por la carga distribuida, las figuras 16, 26, 43, 47, 51, 64, 72 se muestra el mismo proceso Momento Flector 134.38 N/M Reacciones: 1.25KN

4.2.3 Especificaciones Motor

rpmhpT

600095*3.7124

=

A 6000rpm la potencia es de 95hp T= 112.809N*m Torque máximo según fabricante = 12.7 kgm a 4000rpm Relación final eje= 4.056 a 1 m=4.056 12.7kgm*4.056=51.5112kgm Reducción debido a geometría rodillo rueda Diámetro promedio rueda=600mm

37

Diámetro rodillo= 120mm

600 1120 5

1. 51.52 * 10.30225

101.030 *

m

T FINAL kgm kgfm

Torque N m

= =

= =

=

4.2.4 Análisis del Momento Flector y Deflexión del Eje Al seleccionar el diámetro del tubo se optó por utilizar el de 4in de diámetro por geometría. Es válido mencionar que después de ¾ in de diámetro sirve. Figura 15 Eje del rodillo con sus cargas

La figura 15 muestra las dimensiones del eje con la ubicación de sus respectivas cargas para poder calcular, el diagrama momento flector, fuerza cortante y la deflexión máxima Acero comercial para eje AISI 1020 HR MPaSY 210= F.S.=1.75 MPaSTOTAL 120=

38

4.2.5 Diseño de Ejes

Consiste básicamente en la determinación del diámetro correcto del eje para asegurar rigidez y resistencia satisfactoria cuando el eje transmite potencia en diferentes condiciones de carga y operación. Generalmente los ejes tienen sección transversal circular y pueden ser huecos o macizos.

4.2.6 El Diseño de Ejes de Materiales Dúctiles Basado en su resistencia, está controlado por la teoría del esfuerzo cortante máximo2. La presentación siguiente se basa en ejes de material dúctil y sección transversal circular. Los ejes de materiales frágiles deben diseñarse con teoría del esfuerzo normal máximo generalmente los ejes están sometidos a torsión, flexión y cargas axiales. Para cargas torsionales, el esfuerzo de torsión es:

( ) HuecoEjePara

MacizoEjeParaJ

r

dddM

dMM

i

TXY

TTXY

....*

*16

....*

16

44

0

0

3

* =−

=

===

π

π

τ

τ

Para cargas de flexión, el esfuerzo de flexión (tracción o compresión) es:

( ) HuecoEjePara

MacizoEjeParaI

r

dddMS

dMMS

i

bb

bbb

....*

**32

....*

*32*

44

0

0

3

=−

=

===

π

π

Para cargas axiales, el esfuerzo de tracción o compresión es:

( ) HuecoEjePara

MacizoEjePara

ddFS

dFS

i

aa

aa

....*

*4

....*

*4

22

0

3

=−

=

==

π

π

2 A.S. HOLLOWENCO Hall, Diseño de maquinas, Mecánica: ejes, vigas curvas, Mc Graw Hill, 1ª edición, p.113.

39

La ecuación del código ASME para un eje hueco combina torsión, flexión y carga axial, aplicando la ecuación del esfuerzo cortante máximo modificada mediante la introducción de factores de choque, fatiga y columna:

( )( ) ( )( )

2

23

0 4

2016 *

* * 1

* * * 1. * *

8s

ab b t t

dF Kd K M K Ms kp

a= +

-

é ù+ê ú+ê úê úë û

Para un eje macizo con carga axial pequeña o nula, se reduce a:

( ) ( )3 16 * . * ^ 2 * * ^ 2* t t b b

sd K M K Msp

=

En la cual, la sección en consideración:

0

.. tan .. .. ..

.. .. .. lg

.. .. .. lg

.. .. .. .. lg

.. int .. .. .. lg

arg .. ..

XY

t

b

i

a

b

esfuerzo cor te de torsion psi

momento de torsion lb pu

momento de flexion lb pu

diametro exterior del eje pu

diametro erior del eje pu

c a axial lb

MMddFK

t =

= -

= -

=

=

=

= .. .. .. .. .. .. .. .. ..

.. .. .. .. .. .. .. .. ..t

factor combinado de choque y fatiga aplicado al momento flector

actor combinado de choque y fatiga aplicado al momento torsorK =

Tabla 4 Cargas aplicadas a ejes estacionarios

PARA EJES ESTACIONARIOS

Kb Kt

Carga aplicada gradualmente

1 1

Carga aplicada repentinamente

1.5 a 2 1.5 a 2

Tabla 5 Cargas aplicadas a ejes en rotación

PARA EJES EN ROTACIÓN Kb Kt Carga aplicada gradualmente 1 1 Carga aplicada repentinamente (choque menor)

1.5 a 2 1.5 a 2

Carga aplicada repentinamente (choque fuerte)

2 a 3 1.5 a 3

40

.. .. ..

.. .. ..b

a

esfuerzo de flexion psi

esfuerzo axial tension com presionss

=

= El código ASME específica para ejes de acero comercial3

( ) 8000 .. .. ..sin ..

( ) 6000 .. .. .. ..s

s

permisible psi para ejes cuñero

permisible psi para ejes con cuñeroSS

=

=

( ) ( )3

0

16 * * ^ 2 * ^ 2*

56.25 *101, 03 * 32....... 1.5

R e 1.25

Y

t

K b M b K t M t

M b N mM NK b K t

acciones K N

d Spé ù= +ë û

=== =

=

0

0

2 0 .0 0 9

...1

m m

a p ro x indd

=

=

4.2.7 Análisis con el Software Md-Solids Figura 16 Diagrama cortante y momento flector (eje del rodillo)

3, A.S. HOLLOWENCO Hall. Diseño de maquinas: Mecánica: ejes, vigas curvas, Mc Graw Hill, 1ª edición, p.116.

41

Figura 17 Inserción del diámetro calculado en el software

En las figuras 17, 27, 34, 48, 52, 55, 59 es la ventana que se usa en el software MD-Solids para seleccionar la geometría deseada, bien sea un eje macizo, eje hueco un perfil de ángulo el cual puede ser personalizado a las medidas requeridas si no llega a estar en unas librerías que el trae por defecto, también se selecciona el material por el modulo de elasticidad que para este caso es de 207 GPa por ser acero. Figura 18 Propiedades de la Geometría

En las figuras 18, 28, 45, 49, 53, 56, 60 se muestra una ventana generada por el programa la cual presenta información necesaria para realizar cálculos como es, momento de inercia, centroide, área de la geometría lo cual agiliza bastante el proceso de cálculos, de no ser así se procedería a realizarlos manualmente por el teorema de ejes paralelos o descomponiendo la geometría en figuras de propiedades conocidas.

42

Figura 19 Deflexión total con 1 pulgada de diámetro

La figura 19, 29, 45, 54, 57 y 58 muestran el resultado obtenido por el programa para la deformación máxima producto de las cargas que en este caso es de 0.2664 mm y el ángulo de torsión que sufre la viga.

4.2.8 Comprobación de los Cálculos Realizados por el Software Tenemos 3 secciones a analizar Figura 20 Diagrama de cuerpo libre

43

En las figuras 20, 21, 22 y 23 tenemos el proceso típico para obtener el diagrama de fuerza cortante y momento flector por el conocido método de realizar secciones imaginarias en la viga, este proceso sirve para verificar la veracidad de los datos generados por el programa MD-Solids Determinación de las reacciones4

1.25 1.25 0

2.5

0

1.25 * 4.1*10 ^ 3 1.25 *3.81*10 ^ 3 * 422 *10 ^ 3 0

1.25

.. .. ..

1.25

Y

A B

A B

A

B

B

B A

A

N N

KN

KN m KN m m

KN

REEMPLAZANDO EN

KN

FR RR R

MR

RR R

R

- +

- - - =

= -

= ® +

- + - - - =

=

=

å

å

Figura 21 Sección 1

mNKNMXKNM

M

X

RFFR

F

AV

VA

Y

*05123.03^10*41*25.11*25.11

01

0

3^10*410

1

1

=−==

+←=

=

=−

+↑

−≤≤

∑

∑

4 BEER Ferdinand P. JHONSTON E. Rusell Jr Y DEWOLF Jhon T. Mecánica de materiales. Mecánica: Diseño de vigas para flexión. México : Mc Graw Hill, tercera edición, 2004, p. 314.

44


41E-3 ≤ X ≤ 381 E-3

mNMmKNXKNXKNM

MFV

FVFFRF

A

Y

*05123.023^10*41*25.1*25.1*25.12

0202

021

0

=−+−=

=

=

=−−

=

∑

∑


381 E-3 ≤ X ≤ 422 E-3

KNFVFVFFFRA

FY

25.130321

0

−==−−−

=∑

mNMXFXFXFRAM

M

*05123.030)381(*2)41(*1*3

03

==−+−+−

=∑

45

4.2.9 Deflexión por Ecuaciones de Singularidad L=422mm a=41mm F=1.25KN R1=1.25KN R2=1.25KN Figura 24 Ecuaciones de singularidad5

En la figura 24 se tiene las ecuaciones de singularidad de acuerdo a la geometría.

5 SHIGLEY Joseph E y MISCHKE Charles R. Diseño en ingeniería mecánica. Mecánica: ecuaciones de singularidad. México: Mc Graw Hill, sexta edición, 2002, p.1192.

46

4.2.10 Deflexión Intervalos Intervalo a-b

( )

mmmYTIENESEVALORESLOSTODOSDOREEMPLAZANY

mI

mmmRdondeI

HRAISIACEROGPaE

mmxcuandoLaEI

Y

R

aXF X

091.06^10*226.91.........

4^8^10*04371.2

0127.024.25.....**

41

..1020....207

41....3*6

4

22 3

=−−==

−=

===

=

=−+=

π

Intervalo b-c

( )mY

mmxcuandoLaEI

Y aXF X

6^10*28.266

211....3*6 3 22

−−=

=−+=

Deflexión máxima6

( )mmm

IEaF

YLaY

266.06^10*28.266

***24

*

max

22max 34

=−−=

−=

La deflexión máxima que se presenta en un eje de longitud de 422mm es de 0.266mm lo cual no es significativo. 4.2.11 Cálculo del Soporte y Rodamiento

=L h10 Duración nominal en horas de servicio

=L h10 3200 → Máquinas para servicio corto e intermitente

6 BEER Ferdinand P. JHONSTON E. Rusell Jr Y DEWOLF Jhon T. Mecánica de materiales. Mecánica: Esfuerzo y deformación. México : Mc Graw Hill, tercera edición, 2004, p. 213.

47

RPM=3200

PC =8.49

FPP

FFPFF

r

ar

a

r

N

KN

<

==

+=

≈

=

0

0

0

9003^10*25.1*6.0*5.0*6.0

025.1

Si entonces P0 = Fr

P0 =1250N

=S0 Cargas de choque acusada 1.5 – 2

=S0 2

KNKNCP

CKNP

KNP

YXPYXSi

e

e

Si

NKN

FF

FF

CF

CFC

ar

r

a

a

a

612.1049.8*25.1

49.8

25.125.1*1

**01

22.00

22.0

025.0

5.9370

5.0

187525.1*5.1

0

0

0

==

=

==

+=

==

≤

≤

=

=

<

<

==

Se selecciona un rodamiento YAR 205-2RF con soporte FYK 505

48

4.2.12 Duración del Rodamiento Tiempo de prueba 5 minutos Aproximadamente en 1 hora se realizan 4 pruebas para un total de 20 minutos. En un turno de reten la duración es de 8 horas lo cual daría 120 minutos de trabajo diarío para el rodamiento. 120min=2 horas

Xhorasdiahoras→

→3200

12

X=1600 dias = 4.38 años 4.2.13 Esfuerzo a la Tensión Fundición Gris ASTM 20

mminSKgKlb

Y 22 3.2533 ==

Figura 25 Determinación del Perfil

En la figura 25 tenemos el soporte lateral de la estructura sometido a las cargas resultantes halladas anteriormente cada una de estas con un valor de 312.5 N.

φσ

ση

*eF

S Y

=

=

Material

S Y =25.3kg/mm^2

49

requeridoe

mm

NFe

MPaMPa

MPa

MPam

mmkg

Nmmkg

S

S

Y

Y

.min

6^10*88.16701125.0*6^10*46.165

5.312*

825.14175.1

193.248

75.1

193.248

193.2482^000001.0

2^1*181.92^/3.25

=

−===

===

=

=

==

φσ

ησ

η

MPaN 733.801125.0*0038.0

5.312==σ

Esfuerzo requerido para fallar = 8.733MPa Se selecciona el perfil en L de las siguientes dimensiones Alas iguales 2*2(in)*espesor de 1/8 in Figura 26 Diagrama cortante y momento flector (en el perfil L 2x2x1/8)

50

Figura 27 Geometría seleccionada (Perfil L 2x2x1/8)

Figura 28 Propiedades geométricas del perfil

51

Figura 29 Diagrama de deflexión

4.2.14 Tornillo Chumacera Corte del elemento de unión

inSSS

Sd

lbs

F

Y

YSY

SYC

2

2

80000

*4.0

**4

=

=

<=π

τ

MPaN

MPaMPa

MPa

lbfNlbs

SS

min

inS

SY

Y

Y

222.32^0111125.0*

5.312*4

631.2204.0*577.551

577.551

1

*55.1*

14482.4*80000 2

23

210

==

==

=

=

πτ

52

4.2.15 Tornillos Ajuste Estructura Figura 30 Diagramas de cuerpo libre (Fuerza producida por el peso y el torque)

En la figura 30 se muestra el punto más crítico donde se producen los esfuerzos más grandes para la estructura principal, la bisagra, los pasadores y la rampa, con las medidas de los elemento relacionados y el programa solid edge se halla el ángulo se procede a descomponer el peso y se halla inclinación de Cx que es la carga dinámica llamada así porque es la que genera el torque de el carro y Cy que es la carga debida al peso de el carro.

0

0

0

....

tan

tan 7.3*5000

640.5

X

A

CARGA DINAMICA

N

N

CCC

CC

q

=

=

=

=

Cy = Carga Estática

53

Figura 31 Diagramas de cuerpo libre (torque)

La figura 31 muestra en detalle la dirección y sentido la carga dinámica T=F*R

RTF =

Vt=0.2876 Torque máximo=12.7kg Relación de caja diferencial T=12.7kg*3*4.056=51.5112kg*m

NCACosCA

CYCACos

KNkgfm

mKgF

2.17424.1756*3.7

7564.110.1792876.0

*5112.51

==

=

===

θ

Dirección de fuerzas (Carro subiendo al sistema)

NN

N

FT 7.11015.6402.17422.1742

5.640

=−=

→←

54

Dirección de fuerzas (Carro saliendo del sistema)

NN

N

FT 7.23825.6402.17422.1742

5.640

=+=

→→

Tornillo

Figura 32 Perfil en L y soporte para el rodamiento

. DIÁMETRO 7/16 in=11.1125mm

211..

6439

8316

7

75.1

=

=

=

=

=

TORNILLOLONGITUD

inH

inH

in

TUERCA

φ

η

d= diámetro mayor dc= diámetro de cresta dp= diámetro de peso ht= altura total de filete

55

dr= diámetro de raíz P= paso o pitch B= ángulo de filete

h

d

t

P

mmhilosH

PH

mediodiametrommmm

hilosin

hilosFnaRoscaPeso

===

=

==

==

=

697.0785.0*5.0)^3(*5.0

*5.0)^3(*5.0

..1125.11

787.020....

º60β

mmA

ddA

ddd

t

Prt

r

Pr

mm

H

2043.942^2

1125.117726.10*4

2^2

*4

7726.10

697.0*5.01125.11*5.0

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +=

=

−=−=

π

π

At =Área de esfuerzo a tensión

Figura 33 Tornillo seleccionado

En la figura 33 se muestra la geometría del tornillo seleccionado.

56

( )

mm

mm

mm

mm

mm

LdLL

Ldd

hdddLL

LL

te

rtte

se

c

c

tPc

cSse

t

S

809.217726.10*4.05.17

*4.0

3541.176353.11*4.07.12

6353.11

697.0*375.0*21125.11

*375.0*2

*4.0

5.17

7.12

=+=

+=

=+=

=

+=

+=

+=

=

=

Material del tornillo Acero E=207Gpa 4.2.16 Estimación de Rigidez del Tornillo Con la siguiente ecuación se podrá hacer una estimación aproximada para determinar la rigidez del tornillo.

10 6

22

*418.419

*4.0*4.0*

*41

=

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡ ++

+=

Kd

dLd

dLK

B

r

rte

C

cse

BEπ

4.2.17 Estimación de Rigidez de la Junta Con la siguiente ecuación se podrá hacer una estimación aproximada para determinar la rigidez de la junta.

( ) ( )

maproxmmmmlperfildeespesorchumaceradeespesorl

mmddldl

GPaE

chumaceraGPaperfilGPaE

EK dm

0175.05.175.314........

1125.11*5.2*577.0*5.0*577.0*5ln**2

**577.0154

2100207

==+=+=

=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

++

=

=

+=

π

57

16405.0*1371.2*418.419

*418.419

*1371.2

101010

10

96

6

9

=

+=

+=

=

CK

CKKK

KK

bm

b

m

Hallando Sp = resistencia de prueba

klbs

aec

klbs

lb

lbMAYOR

FFF

ininS

mmAinF

ASF

i

Pi

P

t

P

tPP

75.2433000*75.0

*75.0argPr

389.2261457.0

33000

043.94

3300043

*

2

2

2

2

==

=

==

=

==

=

φ

Carga máxima soportada por el perno

KNklbs

klbsklbs

CK

P

inP

FSAPS

iPt

59.12768.2816405.0*75.1

75.24389.226*1475.0

*

max

2

max

max

==

−=

+

−=

η

4.2.18 Calculo de Rodillo

Figura 34 Diagrama de cuerpo libre (Eje hueco)7

7 DISEÑO DE MAQUINAS, A.S. Hall Hollowenco. Mecánica: vigas curvas, Mc Graw Hill, 1ª edición, p. 26.

58

En la figura 34 se muestra el eje hueco seccionado por la mitad de su diámetro y de su longitud total, en el cual se aprecia la carga aplicada sus reacciones y los puntos críticos para el análisis (P, Q) Figura 35 Ubicación geométrica

En la figura 35 se tiene que: m es el momento de flexión, h es el espesor, e es la distancia entre el centro de gravedad y el eje neutro, γ es la distancia del eje neutro al punto investigado siendo positivo para la distancia hacia el centro de curvatura y negativo para fuera de ella, hi es la distancia del eje neutro a la fibra interna, ho es la distancia del eje neutro a la fibra externa, ri es el radio de curvatura de la fibra interna, ro es el radio de curvatura de la fibra externa.

59

mmmmmm

mmRe

mmhmR

mm

mm

rrhr

rrr

rr

nOO

n

i

On

i

O

641.1099.5574.56

016.0099.55115.55

099.5505898.0

25.306075.1log25.3

log*

05511.0

49.53

74.56

=−=−=

=−=−=

====

=

=

=

MPa

mmmmmmm

Pa

A

mNFM

Q

O

P

P

m

h

m

mR

638.213

001609.0609.1641.125.3

9.218

05674.0**16***138.1001641.0*5.137

**138.100325.0*35.0

*8.13705511.0*2500*

1010

10623

23

=

==−=

=

=

==

===

−−

−

σ

σ

σμ

No sirvió por el esfuerzo Modificando Material Y Diámetro

mm

mmmme

mm

mmTUBO

MPain

lb

rr

DD

ss

i

O

i

O

y

y

745.52

745.564

49.105

49.113

23.3172^46000

=

=

=

=

=

=

=

60

( )( ) mRe

mmnn

h

rr

rr

n

i

On

6^10*4.247206.542745.52

7206.54745.52

745.56log4

log

−=−+=−=

===

2^3^10*4.1004.0*35.0*863.1363^10*745.54*2500*

001975.097564.102436.24

00202.00243.27206.54745.56

mAmNNRFM

mmm

mmmmmmm

hRRh

OQ

nOO

−===−==

==−=

==−=−=

MPaMPa

MPam

MPam

S Y

Q

P

274.18175.1

23.317

75.1

446.139056745.0*6^10*4.24*2^3^10*4.1

001975.0*863.136

623.142056745.0*6^10*4.24*2^3^10*4.1

00202.0*863.136

===

=

=−−

=

=−−

=

ησ

η

σ

σ

4.2.19 Calculo disco de refuerzo Figura 36 Disco de Refuerzo

61

En la figura 36 se muestra el disco de refuerzo sometido a los diferentes esfuerzos combinados, donde a y á son los puntos a analizar, M es el momento generado por la fuerza de 2.5 KN y t es el espesor de el disco. Acero AISI SAE 1010

mCI

MCAF

mNmNRFMmmmtbA

mmmtmmmb

MPaSY

005.0

*5.412165.0*2500*6^10*5.40401.0*04045.0*

01.01004045.0045.407.12745.25

2.292

=−+

−+

=

===−===

====−=

=

σ

MPa

MPaMPa

I

bI

m

t

047.618

86.61118.69^10*37.3

005.0*5.4126^10*5.404

2500

*9^10*37.33^01.0*04045.0*121

**121

4

3

=

+=−

+−

=

−==

=

σ

σ

Aumentando el espesor A=0.04045*0.015=606.75*10-6*m^2 C=0.0075mm

62

MPaMPaMPa

mI

07.156966.15209.3

9^10*9667.2601.0*5.412

6^10*8092500

4^*9^10*9667.263^02.0*04045.0*121

=+=

−+

−=

−==

σσ

σ

MPaMPaSY 971.16675.12.292

===η

σ

Este material es apto 4.2.20 Calculo Soldadura de Estructura

Figura 37 Soldadura (perfil)

En la figura 37 se tiene la fuerza que debe soportar el cordón de soldadura, la cual es la suma de las fuerzas 1 y 2 que tiene un valor 312.5 N cada una. Altura teórica del cordón de soldadura

mmhe 5= Garganta de la soldadura

mmmmht ee5355.35*7071.0*7071.0 ===

63

Longitud del cordón de soldadura mmLW 40=

Área del cortante de la garganta mmmLtA WeS 6^10*2.14104.0*00353.0* −===

Soldadura E6010

KN

mP

MPaMPa

MPa

P

ASSS

S

FS

Sys

ytys

yt

5293.17

67.1^10*42.141*6^10*207*

2073456.0*6.0

345

max =

−==

=−==

=

η SI SIRVE

4.2.21 Calculo Soldadura de Rodillo Figura 38 Soldadura (rodillo)

En la figura 38 se muestran los cordones de soldadura aplicados a los rodillos uno para unir el eje hueco con el disco de refuerzo y el otro para unir el disco de refuerzo con el eje macizo central.

64

MPa

PDTESOLDADURASHIGLY

KPam

NAF

mm

mmmmmdiametro

mm

mmm

S

LtALth

Y

WeS

W

e

e

994.17967.1

5.0*3^10*17.60167.1

5.0*.........67.1

17.6013^10*0396.1

625

3^10*0396.129405.0*003535.0*

294.0053.2946.93**

3^10*5355.37071.0*005.0

005.05

===

=

=−

==

−===

====

−==

==

ση

σ

ππ

4.2.22 Calculo Trinquete

Figura 39 Trinquete

En la figura 39 se muestra el montaje de el trinquete con la rueda dentada, con sus respectivas medidas y la fuerza F actuando. T=F*r

KNm

mN

KNm

mN

mN

F

FrF

B

A

OAA

525.204.0

*03.101

367.303.0

*03.101

**03.101

==

==

=

Estimando are de la sección B6 Área= 100*10^-6mm^2

65

Figura 40 Área crítica trinquete

En la figura 40 se tiene una vista isométrica del montaje del trinquete para poder apreciar el área crítica que es por donde puede fallar la pieza.

MPa

mmN

AF

AF

BC

A

67.33

2^6^10*1003^10*367.3

=

−===

τ

τ

Material De Fabricación ACERO AISI/SAE 1010

MPa

REVENIDOYTEMPLADOMPaTÉRMICOOTRATAMIENTSINMPa

S

S

SS

Y

Y

Y

Y

4.13735.0

75.1*6^10*4.3925.0*

5.0*75.1

.......6.588....4.392

==

=

=

=

→=

→=

τ

ητ

ητ

η

El esfuerzo del material con un factor de seguridad de 1.75 es superior al mínimo requerido que es de 33.67MPa.

66

4.2.23 Calculo Pasador Trinquete Grado 1 tornillo

indiámetro

MPaMPa

MPa

SS

SY

Y

41

01.91525.227*4.0

525.227

=

==

=

MPa

F

indiametro

MPaMPa

MPa

d

SS

c

SY

Y

318.10600635.0*3367*4

**4

41

01.91525.227*4.0

525.227

2

==

=

=

==

=

πτ

πτ

Falla por cortante Grado 2 tornillos

MPa

F

indiametro

MPaMPa

MPa

d

SS

c

SY

Y

71.342^00111125.0*

3367*4

**4

167

684.151209.379*4.0

209.379

2

==

=

=

==

=

πτ

πτ

Se selecciona un tornillo de 7/16 grado 2

67

4.2.24 Rampa Figura 41 Rampa

En la figura 41 se muestra el montaje completo de todo el sistema, conociendo la altura de la estructura y la longitud de la rampa se puede determinar fácilmente el ángulo de inclinación, en esta figura se coloco en esa posición la carga de 2.5KN pues es donde más se le exige a la rampa, para efectos de un análisis más detallado se definieron 2 tipos de perfil Material ángulo ASTM 20

620Y MPaS = Según anexo L Figura 42 Descomposición de fuerzas

68

La figura 42 muestra el diagrama de cuerpo libre del perfil tipo 1 con el objeto de descomponer la fuerza.

cos14.47

1250 1290.45cos(14.47)

CAF

F N

=

= =

Perfil tipo 1

Figura 43 Diagrama momento cortante y flector Perfil 2x2x1/8

69

Figura 44 Inserción geometría

Figura 45 Propiedades de la geometría

70

4 9 4

_

9 4

_

9 4

172 *79179.6056 79.1796*100.0369

* 172 *0.0138879.1796*10

30.1512

* 172 *0.0369279.1796*10

80.2

1.75*80.2 140.35

c

c

t

t

MCI

M N mI mm mC m

M Y Nm mI m

Mpa

M Y Nm mI m

MpaSy

Sy Mpa Mpa

s

s

s

s

s

hs

-

-

-

=

== ==

= =

=

= =

=

=

= =

El esfuerzo es inferior al del material el cual es de 620MPa

Figura 46 Diagrama deflexión

71

. 0.3047MAX FLEXIÓN mm= Peso por metro de perfil 2x2x1/8 Peso 2.46Kg Se procede a analizar la deflexión con un perfil de 1x1x1/8: Figura 47 Diagrama cortante y momento flector (en el perfil L 1x1x1/8 )

Figura 48 Geometría seleccionada (Perfil L 1x1x1/8 )

72


73

9 4

_

9 4

_

_3

9 4

172 *9.054*100.01788

* 172 *0.0178849.054*10

339.74

*

* 172*10 *0.007519.054*10

142.66

1.75*339.74 584.54

. 2.664

c

c

t

t

t

MCI

M N mI mC m

M Y Nm mI m

Mpa

M YI

M Y Nm mI m

MpaSy

Sy Mpa Mpa

MAX FLEXIÓN mm

s

s

s

s

s

s

hs

-

-

-

=

===

= =

=

=

= =

=

=

= =

=

Peso por metro de perfil 1x1x1/8 Peso = 1.19Kg Figura 50 Perfil tipo 2

La figura 50 muestra el diagrama de cuerpo libre del perfil tipo 2 con el objeto de descomponer la fuerza.

74

3

14.4775º

cos

2.5*10 2582cos(14.4775)

CAH

F N

q

q

=

=

= =

Perfil horizontal tipo 2 1x1x1/8” Figura 51 Diagrama cortante y momento flector (en el perfil L 1x1x1/8)

75

Figura 52 Geometría seleccionada (Perfil L 1x1x1/8 )


76

9 4

_

9 4

_

_3

9 4

297 *9.054*100.01788

* 172 *0.0075169.054*10

142.782

*

* 172*10 *0.017889.054*10

339.745

1.75*339.745 594.54

c

c

t

t

t

MCI

M KN mI mC m

M Y Nm mI m

Mpa

M YI

M Y Nm mI m

MpaSy

Sy Mpa Mpa

s

s

s

s

s

s

hs

-

-

-

=

===

= =

=

=

= =

=

=

= =

Aplicando un factor de seguridad de 1.75 no supera el esfuerzo del material.

77

Figura 54 Diagrama de deflexión (en el perfil L 1x1x1/8)

Máxima deflexión 2.98mm No sirve: se puede aumentar el espesor o el ala del perfil, entre las 2 opciones la más liviana es aumentar el ala con el espesor más delgado Perfil tipo 1 1 ½” x 1 ½” x 1/8” Figura 55 Geometría seleccionada (Perfil L 1 ½” x 1 ½” x 1/8”)

78


_

_

_3

172 *32.4131*10 ^ 9 ^ 40.02739

* 172 *0.010732.4131*10 ^ 9 ^ 4

56

*

* 172*10 *0.027332.4131*10 ^ 9 ^ 4

145

1.75*145 254

c

c

t

t

t

MCI

M N mI mC m

M Y Nm mI mMpa

M YI

M Y Nm mI mMpa

Sy

Sy Mpa Mpa

s

s

s

s

s

s

hs

=

== -=

= =-

=

=

= =-

=

=

= =

Aplicando un factor de seguridad de 1.75 no supera el esfuerzo del material. Perfil apto

79

Figura 57 Diagrama de deflexión (en el perfil L 1 ½” x 1 ½” x 1/8”)

Máxima deflexión 0.7442mm

80

Perfil tipo 2 1 ½” x 1 ½” x 1/8” Figura 58 Diagrama de deflexión (en el perfil L 1 ½” x 1 ½” x 1/8”)

Figura 59 Geometría seleccionada (Perfil L 1 ½” x 1 ½” x 1/8”)

81


_

_

_

297 *32.4131*10 ^ 9 ^ 40.02739

* 297 *0.010732.4131*10 ^ 9 ^ 4

98

*

* 297 *0.027332.4131*10 ^ 9 ^ 4

250

1.75*250 438

c

c

t

t

t

MCI

M N mI mC m

M Y Nm mI mMpa

M YI

M Y Nm mI m

MpaSy

Sy Mpa Mpa

s

s

s

s

s

s

hs

=

== -=

= =-

=

=

= =-

=

=

= =

Aplicando un factor de seguridad de 1.75 no supera el esfuerzo del material. Perfil apto

82

4.2.25 Soldadura Rampa Figura 61 Soldadura rampa Perfil tipo 1 y tipo 2

En la figura 61 se observa el cordón de soldadura para unir el perfil tipo 1 con el perfil tipo 2 la cual está soportando la carga P que en este caso es de 2.5 KN

Figura 62 Geometría de soldadura a flexión

83

Figura 63 Nomenclatura

mm

mexteriorfibralahastaneutroejeeldesdeciadisC

unitarioinerciademomento

cordondellongitudflexionpornormalesfuerzo

soldaduradecordondelteoricoespesor

soldaduradecordondelteoricaaltura

mmbmmd

mma

th

IL

th

e

e

U

W

e

e

0035355.0005.0*7071.0

005.0................tan

......

..........

..........

...........

925.34925.346.237

==

=

=

=

=

=

=

=

===

σ

84

( )( )

( )( )

mmmcmmmm

mmdb

c

mImmmmI

I

mmmm

m

dbdb

d

LIhLI

dI

WUe

W

U

008731.0731.8)925.34925.34(*2

2^925.34)(*2

4^9^10*6376.8385.69*2^6^10*724.338*005.0*707.0

***707.0

85.69925.34*2

2^6^10*724.33803492.003492.0*2*6

03492.003492.0*4*

2*64*

2

2

2

03492.0

==+

=+

=

−=−=

=

==

−=+

+=

++

=

Figura 64 Diagrama de momento cortante y flector

85

MPaI

MC 021.329^10*637.83

008731.0*742.306=

−==σ

Selección Electrodo Tabla 6 Propiedades electrodos

MPaSU 345= Aplicando un factor de seguridad de 1.67

MPaSY17.19

67.16^10*021.32===

ησ

Electrodo Apto 4.2.26 Calculo Bisagra Figura 65 Rampa ajuste

La figura 65 se muestra una vista panorámica de como unir la rampa con la estructura principal mediante pasadores.

86

Figura 66 Vista de montaje de perfil

En la figura 66 se muestra la rueda sobre la unión rampa-estructura así como el torque generado por el motor del carro.

torquealdebidafuerzaKNm

mNF

mNmN

ldiferenciacajalacionTmNmKgT

m

TT

TOTAL

TOTAL

..........757.12876.0

*325.505

*325.505056.4**587.124

.....Re**587.124*7.12

2856.0

==

==

=

===η

Fuerza debida al peso F = 640.5N Fuerza neta = 1.757KN + 640.5N = 2397.5N Figura 67 Cargas aplicadas en la bisagra

87

En la figura 67 se observa la fuerza total calculada anteriormente actuando sobre el conjunto bisagra-pasador. a=b=c=0.003m F=2397.5N

mN

N

abF

MMM

MAX

MAX

MAX

*88.107

)03.0015.0(*5.23972

*

=

+=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

Esfuerzo flexionante asociado a von mises

dM

IMC

b 3

32π

σσ ===

Utilizando un pasador de ½ in

MPaF

AV

MPam

mN

d

b

306.6

4*

2*4*

21

34*

21

743.5863^3^0127.0*

*88.107*32

2 ===

==

πτ

πσ

Esfuerzo máximo 586.743MPa Se selecciona pasador por resistencia Tabla 7 Selección del tornillo

GRADO DEL TORNILLO SY (MPa) 2 379.209 5 586.05 8 807.365

Se selecciona el pasador ½ in grado 8 longitud de 4in. Aplicando un factor de seguridad de 1.4

MPa

MPa

SS

Y

Y

422.82173.586*4.1*

25.24.1

5.0*6^10*306.65.0*

===

===

σηη

τ

Tornillo apto

88

Figura 68 Material bisagra

En la figura 68 se observa un corte de sección de el componente central de la bisagra para poder analizar el este componente debido a que es el que mayor esfuerzo debe soportar.

t=30mm a=8.65mm b=12.7mm

MPammat

F 6194.400865.0*03.0

5.2397*5.0**5.0

===σ

Se utiliza un acero 1010

MPa

MPa

S

S

YMAX

Y

971.16675.1

6^10*2.292

75.1

2.292

===

=

=

η

η

σ

89

4.2.27 Soldadura Bisagra Figura 69 Soldadura bisagra

En la figura 69 se observa la longitud del cordón de soldadura que se debe usar para unir la bisagra a la estructura principal y a la rampa.

Figura 70 Soldadura bisagra vista lateral

En la figura 70 se muestra que tanto la estructura principal como la rampa tienen cordón de soldadura por ambos lados para unirse a la bisagra. A=2b b=0.03m d=0.00318m

90

Figura 71 Geometría de soldadura

Figura 72 Diagrama momento flector y cortante

91

Figura 73 Diagrama de fuerzas, descomposición

MPam

mImmmI

I

mmb

mdc

m

db

mI

MCT

NF

FCA

LIhL

hIh

Wue

W

e

u

e

1.2879^10*234.20

015.0*285.3874^9^10*234.20

06.0*005.0*2^6^10*4.95*707.0

***707.0

06.003.0*2*2

015.0203.0

2

2^6^10*4.9500318.0*03.0

*

005.0

9.2581)47.14cos(

2500

47.14cos

=−

=

−=−=

=

===

===

−==

=

=

=

==

=

σ

Selección De Electrodo Tabla 8 Factor de Seguridad Soldadura

92

E6010

MPa

MPa

MPa

SSS

S

Y

Y

Y

U

45.479

1.287*67.1

*67.1

345

=

=

=

=

=

σηη

No resiste. Se toma la decisión de cambiar la altura del cordón de soldadura

MPa

MPamI

MCmI

mmmI

I

m

SSS

LIhh

Y

Y

Y

Wue

e

469.342

67.1*071.205

*

071.2054^9^10*3281.28

015.0*285.3874^9^10*3281.28

06.0*007.0*2^6^10*4.95*707.0

***707.0

007.0

=

=

=

=−

==

−=−=

=

=

ησ

σ

Ya que el Sy es inferior al material, podemos decir que este es apto. Se utiliza el mismo tipo de cordón para todas las secciones de la bisagra.

93

4.3 UNIDAD CENTRAL. Reúne los resultados de los subconjuntos; Modulo de Recepción y Estructura Mecánica, lo constituye: una conexión para alimentación del sistema, nueve pulsadores, puente rectificador, regulador de voltaje, dos terminales de datos, un interruptor, una LCD y un microcontrolador. La alimentación del sistema es suministrada por la conexión de 12 VDC que tiene todo automóvil (encendedor de cigarrillos). Los pulsadores; Inicio, Enter, Final, Ref 1, Ref 2, Ref 3, Ref 4, Ref 5 y Ref 6 garantizan un nivel alto al accionarse (figura 74) y permite al microcontrolador hacer funciones dependiendo de los datos suministrados. Figura 74 Conexión de pulsador

VCC

5V

R11.0kΩ

Para protección del circuito se adapta un puente rectificador que esta compuesto de 4 diodos N4003 de 1A, garantizando una correcta polaridad del sistema. El voltaje para los integrados y demás elementos es de 5 V DC, el circuito adecuado para proporcionar los 5 v consta de un regulador comercialmente activo el 7805 y dos condensadores de 1000µF, según el fabricante del regulador (Thompson) ver Figura 75. El sensor utilizado en la estructura mecánica es un sensor de funcionamiento magnético de dos posiciones (cerrado - abierto) y se encarga de evaluar la variable posición. Cuando el sensor recibe un campo magnético se obliga a cambiar su estado, este es ubicado en una posición fija del soporte del rodamiento, donde se dispone a recibir por medio de un imán los giros que den los rodillos de la estructura mecánica. Mediante una conexión de la figura 70 se garantiza 0 ó 1 en el puerto B0 del microcontrolador.

94

Figura 75 Regulador de Voltaje

7805LINE VREG

COMMON

VOLTAGE

1000uF 1000 uF

IN OUT

Se utiliza una LCD 16X2, puesto que los datos a visualizar no ameritan el uso de una LCD de grandes dimensiones, asimismo los caracteres a representar son muy elementales para dicha pantalla. El principio de funcionamiento de la unidad central se ilustra mediante el algoritmo de la figura 76. El microcontrolador tiene como entradas los pulsadores y como salida la LCD mediante 4 bits, para dar forma al montaje final (Anexo C), el montaje físico del sistema se realizo mediante un circuito impreso de doble cara tal como se ilustra en el Anexo E. Para el código de programación (Anexo G), se utilizaron las librerías8 LCD_4BIT, RETARDOS, LCD_MENS y BIN_DCD realizando algunas modificaciones en lo que concierne a los puertos de conexión y manipulación de registros. La estimación de los giros que da el rodillo para ingresarlos al programa se hace de la siguiente forma: Se toma como ejemplo una de las seis referencias de llantas que el dispositivo maneja (175/70 R13), para la demás referencias el proceso es el mismo.

Diámetro = RinDiámetroPerfilAncho ..100

**2 +⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

8 PALACIOS Enrique, RAMIRO Fernando y LÓPEZ Lucas. Microcontrolador 16F84: programación. México: Mc Graw Hill, Alfaomega, 2004, p.169.

95

Reemplazo la referencia en la ecuación:

mminmmin

2.57514.25*13

10070*175*2

=

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

φ

φ

Diámetro llanta: 575.2 mm

Diámetro rodillo: 101.6 mm

Perímetro llanta: π*d = π*575.2 = 1807.044 mm = 1.807044 mts

Perímetro rodillo: π*d = π*101.6 = 319.185 mm = 0.319185 mts

1 rev → 1.807044 mts X → 100 mts X = 55.338 revoluciones llanta N1 = Revoluciones Llanta N2 = Revoluciones Rodillo d1 = Diámetro Llanta d2 = Diámetro Rodillo

N1/d2 = N2/d1

N2 = (55.338*575.2) / 101.6 N2 = 311.65 ≈ 312 revoluciones

312 giros da el rodillo en 100 metros de distancia recorrida con un llanta de referencia 175/70 R13. Se carga 312 entre el producto de cm y mts en el programa1 de la línea de código. (cm = 8) y (mts = 39)

96

Figura 76 Algoritmo Unidad Central

INICIO

DEFINICIÓN DELMICROCONTROLADOR

REGISTROS DEPROPÓSITO GENERAL

BANCO 1

PUERTOS E y B ENTRADASPUERTO C Y D SALIDAS

BANCO 0

RETARDO 10ms

PORTB,0 = 1 DISTANCIASI

NO

RETARDO 10ms


NO

RETARDO 10ms

PORTE,2 = 1 FINALSI

NO

1 2 3

97


NO

RETARDO 10ms


NO

RETARDO 10ms


NO

RETARDO 10ms

ms ‐ 1 = ms

SINOseg ‐ 1 = seg

SINOCARGA

ms = 0

seg = 0

DISTANCIA

cm ‐ 1 = cm

SImts ‐ 1 = mts

SINOCARGA

cm = 0

mts = 0

RETORNENO

RETORNE

1 2 3

98

CARGA

UNDR + 1 = UNDR

RETORNE

FINAL

RCREG → UNDL

UNDL ‐ UNDR = PROCESA

PROCESA → LCD

FIN

99

5. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

5.1 ANALISIS DE LA ESTRUCTURA POR ELEMENTOS FINITOS “ANSYS” Figura 77 Estructura con sus Respectivas Cargas

En la figura 77 se aprecia la forma en que son insertadas las cargas al modelo, para poder realizar su análisis, nótese que las cargas están aplicadas en los agujeros donde son colocados los soportes de los rodamientos mediante los tornillos, los cuales trasladan la carga a la estructura (Para mayor claridad véanse los planos Anexo K). Cabe mencionar que para efectos del uso del programa no se usa la estructura completa con los rodillos, rodamientos y demás componentes, porque el programa necesitaría de muchísimo tiempo y es más susceptible a los errores, dado que por ejemplo se colocaría en la compleja tarea de analizar las esferas que componen los rodamientos, lo cual no tiene ningún sentido pues el fabricante ya realizo sus pruebas y estableció la capacidad de carga del mismo.

100

Figura 78 Deformación Total Estructura

En la figura 78 se aprecia el resultado de la deformación causada por la aplicación de las cargas (ver figura 67). Nótese que la deformación máxima es de solo 0.0375 mm.

101

Figura 79 Estructura esfuerzo equivalente

En la figura 79 el esfuerzo equivalente máximo es de 3.1 M Pa el cual es el resultado de la aplicación de las cargas (ver figura 77). Este esfuerzo no supera el de fluencia del material pues es acero estructural.

102

Figura 80 Estructura esfuerzo cortante máximo.

En la figura 80 el esfuerzo cortante máximo es de 1.75 M Pa el cual es el resultado de la aplicación de las cargas (ver figura 77). Este esfuerzo no supera el de fluencia del material pues es acero estructural.

103

Figura 81 Estructura Factor de seguridad.

En la figura 81 se observa que el factor de seguridad es bastante alto; esto último se esperaba porque la decisión de tomar el perfil de 4 pulgadas de ala obedeció mas a razones de costo, sencillez en el mecanizado y facilidad de montaje.

104

5.1.1 Análisis de Rodillo. Figura 82 Carga Rodillo

En la figura 82 se muestra al rodillo con la carga generada debido al peso del carro, el área de aplicación de esta carga se obtuvo experimentalmente de manera que no es precisa pero si muy aproximado.

105

Figura 83 Cargas Rodillo

En la figura 83 se muestra al rodillo con el momento generado por el carro, la velocidad máxima de rotación, apoyados sobre soportes cilíndricos libres en el eje “Y” de tal manera que pueda girar el rodillo sobre estos, para este análisis se tiene en cuenta los efectos producidos por la gravedad.

106

Figura 84 Deformación Total Rodillo.

En la figura 84 se observa que la deformación máxima es de solo 0.00620 mm. Se ha cortado a la mitad el rodillo para poder observar mejor los resultados.

107

Figura 855 Esfuerzo Equivalente Rodillo.

En la figura 85 se observa que esfuerzo equivalente máximo es 167,7 MPa lo cual no supera el esfuerzo de fluencia del material.

108

Figura 86 Esfuerzo Cortante Máximo Rodillo.

En la figura 86 se observa que esfuerzo cortante máximo es 96,78 MPa lo cual no supera el esfuerzo de fluencia del material.

109

Figura 87 Factor de Seguridad Rodillo.

En la figura 87 se observa que el factor de seguridad no es inferior a la unidad el mínimo es de 1.2.

110

Figura 88 Factor de Seguridad por Fatiga Rodillo.

En la figura 88 se observa que el factor de seguridad por fatiga no es inferior a la unidad, se hizo necesario este tipo de análisis debido a que el rodillo está girando lo cual cambia constantemente la orientación (arriba-abajo) de la carga que se convierte en una carga fluctuante y además como la velocidad del giro del rodillo no se mantiene constante empeora el problema , ya que cambia la frecuencia de los ciclos, debido a que este tipo de ensayos son muy costosos puesto que se requiere una maquinaria especial para realizar las pruebas. En las pruebas solo se tiene el soporte dado por el programa ANSYS, pues el cálculo manual sería demasiado dispendioso.

111

Figura 89 Vida Rodillo.

En la figura 89 se observa que todo el rodillo tiene una vida de un millón de ciclos lo cual según la teoría de fatiga supone vida infinita.

112

5.1.2 Análisis de la Rampa. Figura 90 Rampa con sus Cargas.

En la figura 90 se muestra una fuerza de 2.5 KN la cual es el resultado del peso del vehículo, el área fue tomada experimentalmente con una llanta real, la base de la estructura principal es un soporte fijo porque está apoyada en el piso igual que las arista de corte en el perfil tipo1 (fixed support 2)

113

Figura 91 Deformación de la Rampa Vista Isométrica.

En la figura 91 se aprecia la deformación máxima en la rampa, en especial en la lámina de aluminio la cual es de 0.624 mm

114

Figura 92 Deformación de la Rampa vista Lateral.

En la figura 92 se tiene una mejor vista de la deformación en los perfiles tipo1 y tipo 2

115

Figura 93 Esfuerzo Equivalente de la Rampa vista Isométrica.

En la figura 93 se observa que el esfuerzo máximo equivalente se encuentra alrededor de las bisagras.

116

Figura 94 Esfuerzo Equivalente de la Rampa vista Lateral.

En la figura 94 se aprecia el esfuerzo equivalente máximo en los perfiles

117

Figura 95 Esfuerzo Cortante de la Rampa vista Isométrica.

En la figura 95 se observa que el esfuerzo máximo cortante se encuentra alrededor de las bisagras.

118

Figura 96 Esfuerzo Cortante de la Rampa vista Lateral.

En la figura 96 se aprecia el esfuerzo cortante máximo en los perfiles

119

Figura 97 Factor de Seguridad Rampa Vista Isométrica.

En la figura 97 se aprecia el factor se seguridad en las zonas cercanas a la bisagra y al sitio se apoyo la carga lo cual garantiza la eficiencia del diseño.

120

Figura 98 Factor de Seguridad Rampa Vista Lateral.

En la figura 98 se aprecia que el factor se seguridad en los perfiles es el correcto confirmando así los cálculos realizados previamente.

121

5.1.3 Análisis Bisagra. Figura 99 Cargas para Analizar las Bisagras.

En la figura 99 se dividió el valor 2.5KN en 2 cargas para simular el punto en que la rueda del vehículo ejerce su máxima carga a las bisagras, se colocaron los soportes de apoyo como si estuviese en el piso.

122

Figura 100 Deformación Bisagra.

En la figura 100 se observa cómo se distribuye la deformación siendo esta máxima en las bisagras y en sus alrededores.

123

Figura 101 Factor de Seguridad Bisagra.

En la figura 101 se observa que el factor de seguridad es el adecuado en las zonas cercanas a las bisagras, lo cual proporciona tranquilidad acerca de las mismas.

124

5.1.4 Análisis Trinquete. Figura 102 Cargas Trinquete.

En la figura 102 se muestra el mecanismo de trinquete usado para detener un rodillo, para poder bajar el vehículo de prueba, se le coloco en momento máximo que se puede generar debido al torque del motor y a las relaciones de velocidad de la caja de cambios y el diferencial final, se tiene en cuenta los efectos de la gravedad terrestre.

125

Figura 103 Deformación Trinquete.

En la figura 103 se observa la deformación sufrida en el mecanismo de trinquete debida al momento colocado, nótese que esta deformación máxima es solo de 0.01217 mm.

126

Figura 104 Esfuerzo Equivalente Trinquete.

En la figura 104 se observa que el esfuerzo máximo equivalente no supera el esfuerzo de fluencia del material y solo es aplicado en una pequeña región.

127

Figura 105 Esfuerzo Cortante Trinquete.

En la figura 105 se observa que el esfuerzo cortante tampoco supera el esfuerzo de fluencia del material y también es aplicado en una pequeña región.

128

Figura 106 Factor de Seguridad Trinquete.

En la figura 106 se observa que el factor de seguridad es mayor del calculado, lo cual confirma la seguridad y la capacidad de la maquina; además nos deja ver que su fase de diseño fue exitosa y por lo tanto podrá ser expuesto al tipo de trabajo para el cual fue acondicionado.

129

5.2 ANALISIS FUNCIONAMIENTO GENERAL El sistema respondió satisfactoriamente a las expectativas que se tenían desde un inicio, la de crear un sistema que fuera confiable, estable, preciso y además de esto que fuese del agrado de los directamente beneficiados por el objetivo del sistema. A la hora de la puesta en marcha del sistema (pruebas de verificación), la estructura mecánica no presento complicaciones que afectasen el funcionamiento grupal del sistema, por otro lado el sistema electrónico cumplió con cabalidad los procesos de envío, recepción y manipulación de datos y/o señales. El sistema no tiene dificultades en cuanto al manejo de sus componentes puesto que el proceso es de fácil entendimiento y se cuenta con un manual paso a paso de lo necesario para operar el equipo ver Anexo J.

130

6. CONCLUSIONES

• Al diseñar el receptor se tuvo como modelo las referencias de los displays más

comerciales y/o utilizados entre los taxímetros; de esta manera se logró ubicar los sensores uniformemente a lo largo del taxímetro.

• Al diseñar un circuito impreso para los sensores se evito un desorden en lo concerniente a conexiones.

• La llegada de información a la unidad central se realizó distribuyendo 22

conectores en doble fila, de no haber realizado los conectores en doble fila no se hubiese utilizado un bus de datos normalizado.

• Al realizar el montaje final entre receptor y unidad central de procesos se

simplificó la comunicación de datos utilizando el protocolo de la USART, facilitando y ahorrando elementos de conexión (cables); como también la supervisión permanente de las uniones.

• En el proceso de cálculo realizado a la estructura se observó que no siempre un

perfil de ala más ancha no garantiza mayor resistencia, por lo contrario, un perfil con menor anchura y con más espesor de ala da como resultado mayor seguridad y menor peso.

• Para una garantía total de concentridad entre el eje macizo y el eje hueco se optó

por dejar el eje pasante, siendo consientes de que la sección del eje macizo dentro del eje hueco no aporta ningún trabajo significativo al sistema.

131

7. RECOMENDACIONES

• Una vez sea aprobado el dispositivo por ley “Ministerio de Transporte”, se le sugerirá a los fabricantes de taxímetros dejar un puerto de comunicación.

• Que se instale un puerto de acceso a impresora, la cual generará los reportes de evaluación respectivos.

• Que el dispositivo a futuro pueda ser más liviano.

132

8. BIBLIOGRAFÍA

• BOYLESTAD, Robert y NASHELSKY, Louis. Electrónica: teoría de los

circuitos y dispositivos electrónicos. México : Prentice Hall, Octava edición, 2003, p. 906.

• DISEÑO EN INGENIERÍA MECÁNICA, Joseph e. Shigley y Charles R.

Mischke. Mecánica: ecuaciones de singularidad. México: Mc Graw Hill, sexta edición, 2002, p.1192.

• DISEÑO DE MÁQUINAS, A.S. Hall Hollowenco. Mecánica: ejes, vigas

curvas, Mc Graw Hill, 1ª edición, p.113, 26.

• MECÁNICA DE MATERIALES, Ferdinand P. Beer, E. Rusell Johnston, Jr y John T. Dewolf. Mecánica: Esfuerzo y deformación y análisis y diseño de vigas para flexión. Mexico : Mc Graw Hill, tercera edición, 2004, p. 70 – 82.

• MICROCONTROLADOR PIC 16F84, Enrique Palacios, Fernando Ramiro y Lucas López. Micro controlador 16F84: programación. México : Mc Graw Hill, Alfaomega, 2004, p 30 – 42.

• TARIFAS REGULATORIAS

http://www.transitobogota.gov.co/categoria.asp?cat_id=212, 9/22/2008, SECRETARIA DE MOVILIDAD - Bogotá D.C, título Bogotá en Taxi.

• TORSIÓN

http://es.wikipedia.org/wiki/Torsi%C3%B3n_%28ingenier%C3%ADa%29 Esta página fue modificada por última vez el 15:36, 10 junio 2008.

• APUNTES DE CLASE, Ricardo Rios, Diseño de Máquinas, 2006.

133

9. GLOSARIO

FLEXIÓN: en ingeniería se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El término "alargado" se aplica cuando una dimensión es dominante frente a las otras. Un caso típico son las vigas, las que están diseñas para trabajar, principalmente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a elementos estructurales superficiales como placas o láminas. El rasgo más destacado es que un objeto sometido a flexión presenta una superficie de puntos llamada fibra neutra tal que la distancia a lo largo de cualquier curva contenida en ella no varía con respecto al valor antes de la deformación. El esfuerzo que provoca flexión se denomina momento flector.

FUERZA: se le llama fuerza a cualquier acción o influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleración modificando la velocidad, la dirección o el sentido de su movimiento.

MICROCONTROLADOR: un microcontrolador es un circuito integrado o chip que incluye en su interior las tres unidades funcionales de una computadora: CPU, Memoria y Unidades de E/S, es decir, se trata de un computador completo en un solo circuito integrado.

MOMENTO FLECTOR: se denomina momento flector un momento de fuerza resultante de una distribución de tensiones sobre una sección transversal de un prisma mecánico flexionado o una placa que es perpendicular al eje longitudinal a lo largo del que se produce la flexión. Es una solicitación típica en vigas y pilares y también en losas ya que todos estos elementos suelen deformarse predominantemente por flexión. El momento flector puede aparecer cuando se someten estos elementos a la acción un momento (torque) o también de fuerzas puntuales o distribuidas.

SOLDADURA: la soldadura es un proceso de fabricación en donde se realiza la unión de dos materiales, (generalmente metales o termoplásticos), usualmente logrado a través de la coalescencia (fusión), en la cual las piezas son soldadas derritiendo ambas y agregando un material de relleno derretido (metal o plástico), el cual tiene un punto de fusión menor al de la pieza a soldar, para conseguir un charco de material fundido (el charco de soldadura) que, al enfriarse, se convierte en un empalme fuerte. A veces la presión es usada conjuntamente con el calor, o por sí misma, para producir la soldadura. TORSIÓN: torsión es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas. La torsión se caracteriza

134

geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él.

ANEXO A

135

ENCUESTA

Se realizaron las siguientes preguntas a un numero de 80 personas del común y estas fueron las respuestas.

a. ¿Cree usted que el valor marcado por el taxímetro al terminar el recorrido es verídico, o no?

b. ¿Cree usted que el valor estipulado en la tabla de tarifas es verdadero, o no?

c. ¿Cree usted que la gran variedad de taxímetros existentes en el mercado tienen

el mismo nivel de veracidad (cuando veracidad se refiere a que se encuentre bien calibrado y dictamine el mismo valor).

136

d. ¿Al realizar el mismo recorrido todos los días no se percata que en algunas ocasiones la tarifa varía sustancialmente, siendo que el vehículo se dirige por el mismo trayecto que los anteriores?

e. ¿En ocasiones no se percata que el taxista realiza movimientos extraños al

interior del vehículo, que de alguna forma alteran el buen funcionamiento del taxímetro?

137

ANEXO B

PLANO MÓDULO RECEPCIÓN

138

ANEXO C

PLANO UNIDAD CENTRAL

139

ANEXO D

IMPRESO RECEPTOR

TOP

BOTTOM

140

ANEXO E

IMPRESO UNIDAD CENTRAL

TOP

BOTTOM

141

ANEXO F LINEA DE CODIGO MÓDULO RECEPCIÓN

#INCLUDE<P16F877A.INC> ; CBLOCK 0X20 CON1 ;20 CON2 ;21 AUX_C ;22 AUX_D ;23 AUX_U ;24 CENTENAS DECENAS UNIDADES PROCESA SALE INGRESA ENDC ; BSF STATUS,5 BCF STATUS,6 MOVLW 0X07 MOVWF ADCON1 MOVLW 0XFF MOVWF TRISA MOVWF TRISB MOVWF TRISD MOVLW 0X05 MOVWF TRISE MOVLW 0X80 MOVWF PORTC MOVLW 0X24 MOVWF TXSTA MOVLW 0X19 MOVWF SPBRG BCF STATUS,5 BCF STATUS,6 MOVLW 0X90 MOVWF RCSTA INICIA CALL LED CLRF INGRESA CALL RECIBIR CLRF TXREG PROGRAMA CLRF UNIDADES CLRF DECENAS CLRF CENTENAS CALL IN_UNI CALL EVA_UNI CALL IN_DEC CALL EVA_DEC CALL IN_CEN

142

CALL EVA_CEN CALL PROCESAR CALL MOSTRAR CALL TRANSMITIR CALL LED1 GOTO INICIA; IN_CEN MOVF PORTA,W MOVWF AUX_C BTFSS PORTE,0 GOTO CERO GOTO UNO CERO BCF AUX_C,6 RETURN UNO BSF AUX_C,6 RETURN EVA_CEN BCF AUX_C,7 MOVLW 0X00 XORWF AUX_C,W BTFSC STATUS,Z GOTO CARGA_C0 MOVLW 0X06 XORWF AUX_C,W BTFSC STATUS,Z GOTO CARGA_C1 MOVLW 0X5B XORWF AUX_C,W BTFSS STATUS,Z RETURN GOTO CARGA_C2 CARGA_C0 MOVLW 0X00 MOVWF CENTENAS RETURN CARGA_C1 MOVLW 0X64 MOVWF CENTENAS RETURN CARGA_C2 MOVLW 0XC8 MOVWF CENTENAS RETURN ; IN_DEC MOVF PORTB,W MOVWF AUX_D BCF AUX_D,7 RETURN EVA_DEC MOVLW 0X3F XORWF AUX_D,W BTFSC STATUS,Z GOTO CARGA_D0 MOVLW 0X06 XORWF AUX_D,W BTFSC STATUS,Z GOTO CARGA_D1

143

MOVLW 0X5B XORWF AUX_D,W BTFSC STATUS,Z GOTO CARGA_D2 MOVLW 0X4F XORWF AUX_D,W BTFSC STATUS,Z GOTO CARGA_D3 MOVLW 0X66 XORWF AUX_D,W BTFSC STATUS,Z GOTO CARGA_D4 MOVLW 0X6D XORWF AUX_D,W BTFSC STATUS,Z GOTO CARGA_D5 MOVLW 0X7D XORWF AUX_D,W BTFSC STATUS,Z GOTO CARGA_D6 MOVLW 0X07 XORWF AUX_D,W BTFSC STATUS,Z GOTO CARGA_D7 MOVLW 0X7F XORWF AUX_D,W BTFSC STATUS,Z GOTO CARGA_D8 MOVLW 0X6F XORWF AUX_D,W BTFSS STATUS,Z RETURN GOTO CARGA_D9 CARGA_D0 MOVLW 0X00 MOVWF DECENAS RETURN CARGA_D1 MOVLW 0X0A MOVWF DECENAS RETURN CARGA_D2 MOVLW 0X14 MOVWF DECENAS RETURN CARGA_D3 MOVLW 0X1E MOVWF DECENAS RETURN CARGA_D4 MOVLW 0X28 MOVWF DECENAS RETURN CARGA_D5 MOVLW 0X32 MOVWF DECENAS RETURN CARGA_D6 MOVLW 0X3C MOVWF DECENAS RETURN

144

CARGA_D7 MOVLW 0X46 MOVWF DECENAS RETURN CARGA_D8 MOVLW 0X50 MOVWF DECENAS RETURN CARGA_D9 MOVLW 0X5A MOVWF DECENAS RETURN ; IN_UNI MOVF PORTD,W MOVWF AUX_U BCF AUX_U,7 RETURN EVA_UNI MOVLW 0X3F XORWF AUX_U,W BTFSC STATUS,Z GOTO CARGA_U0 MOVLW 0X06 XORWF AUX_U,W BTFSC STATUS,Z GOTO CARGA_U1 MOVLW 0X5B XORWF AUX_U,W BTFSC STATUS,Z GOTO CARGA_U2 MOVLW 0X4F XORWF AUX_U,W BTFSC STATUS,Z GOTO CARGA_U3 MOVLW 0X66 XORWF AUX_U,W BTFSC STATUS,Z GOTO CARGA_U4 MOVLW 0X6D XORWF AUX_U,W BTFSC STATUS,Z GOTO CARGA_U5 MOVLW 0X7D XORWF AUX_U,W BTFSC STATUS,Z GOTO CARGA_U6 MOVLW 0X07 XORWF AUX_U,W BTFSC STATUS,Z GOTO CARGA_U7 MOVLW 0X7F XORWF AUX_U,W BTFSC STATUS,Z GOTO CARGA_U8 MOVLW 0X6F XORWF AUX_U,W BTFSS STATUS,Z RETURN GOTO CARGA_U9 CARGA_U0

145

MOVLW 0X00 MOVWF UNIDADES RETURN CARGA_U1 MOVLW 0X01 MOVWF UNIDADES RETURN CARGA_U2 MOVLW 0X02 MOVWF UNIDADES RETURN CARGA_U3 MOVLW 0X03 MOVWF UNIDADES RETURN CARGA_U4 MOVLW 0X04 MOVWF UNIDADES RETURN CARGA_U5 MOVLW 0X05 MOVWF UNIDADES RETURN CARGA_U6 MOVLW 0X06 MOVWF UNIDADES RETURN CARGA_U7 MOVLW 0X07 MOVWF UNIDADES RETURN CARGA_U8 MOVLW 0X08 MOVWF UNIDADES RETURN CARGA_U9 MOVLW 0X09 MOVWF UNIDADES RETURN ; MOSTRAR MOVF CENTENAS,W ADDWF DECENAS,W ADDWF UNIDADES,W MOVWF ENVIO MOVF ENVIO,W MOVWF PORTC CALL TRANSMITIR RETURN ; RECIBIR CALL RX RETURN RX CALL LED MOVF RCREG,W MOVWF INGRESA MOVLW .0 SUBWF INGRESA,W BTFSS STATUS,2 RETURN

146

GOTO RX TRANSMITIR MOVF SALE,W CALL TX RETURN TX BCF STATUS,5 ; B0 BCF STATUS,6 BTFSS PIR1,4 GOTO $-1 MOVWF TXREG RETURN LED BSF PORTC,0 CALL TIEMPO CALL TIEMPO BCF PORTC,0 CALL TIEMPO CALL TIEMPO RETURN LED1 BSF PORTC,1 CALL TIEMPO CALL TIEMPO CALL TIEMPO BCF PORTC,1 CALL TIEMPO CALL TIEMPO CALL TIEMPO RETURN TIEMPO MOVLW 0X66 MOVWF CON1 N1 MOVLW 0X88 MOVWF CON2 N2 DECFSZ CON2,1 GOTO N2 DECFSZ CON1,1 GOTO N1 RETURN

END

147

ANEXO G LINEA DE CODIGO UNIDAD CENTRAL

#INCLUDE <P16F877A.INC> CBLOCK 0X20 MS ; MILISEGUNDOS SEG ; SEGUNDOS CM ; CENTIMETROS MTS ; METROS UNDR ; UNIDADES REALES UNDL ; UNIDADES LEIDAS INGRESA SALE CON1 CON2 OPERACION ENDC BSF STATUS,5 BCF STATUS,6 MOVLW 0XFF MOVWF PORTB MOVLW 0X07 MOVWF ADCON1 BSF PORTE,0 BSF PORTE,2 MOVLW 0X84 MOVWF PORTC MOVLW 0X24 MOVWF TXSTA MOVLW 0X19 MOVWF SPBRG BCF STATUS,5 BCF STATUS,6 MOVLW 0X90 MOVWF RCSTA GOTO INICIO Mensajes ADDWF PCL,F Mensaje0 DT " INICIANDO ",0X00 Mensaje1 DT " SISTEMA ",0X00 Mensaje2 DT "SELECCIONE REF.",0X00 Mensaje3 DT " DE LA LLANTA ",0X00 Mensaje4 DT " R1 R2 R3 ",0X00 Mensaje5 DT " R4 R5 R6 ",0X00 Mensaje6 DT " ESPERANDO ",0X00 Mensaje7 DT " SEÑAL TAXIMETRO",0X00 Analizando DT " ANALIZANDO ",0X00 Mensaje8

148

DT " RESULTADO: ",0X00 INICIO BTFSS PORTB,1 GOTO INICIO BSF PORTE,1 CALL LCD_Inicializa MOVLW Mensaje0 CALL LCD_Mensaje CALL LCD_PosicionLinea2 MOVLW Mensaje1 CALL LCD_Mensaje CALL Retardo_2s REFERENCIA CALL LCD_Inicializa MOVLW Mensaje2 CALL LCD_Mensaje CALL LCD_PosicionLinea2 MOVLW Mensaje3 CALL LCD_Mensaje CALL Retardo_5s CALL LCD_Borra MOVLW Mensaje4 CALL LCD_Mensaje CALL LCD_PosicionLinea2 MOVLW Mensaje5 CALL LCD_Mensaje GOTO REF REF BTFSC PORTB,2 GOTO PROGRAMA1 BTFSC PORTB,3 GOTO PROGRAMA2 BTFSC PORTB,4 GOTO PROGRAMA3 BTFSC PORTB,5 GOTO PROGRAMA4 BTFSC PORTB,6 GOTO PROGRAMA5 BTFSC PORTB,7 GOTO PROGRAMA6 GOTO REF PROGRAMA1 MOVLW .3 CALL LCD_PosicionLinea1 MOVLW 0X7F CALL LCD_Caracter BTFSC PORTB,1 GOTO REFERENCIA BTFSS PORTE,0 GOTO PROGRAMA1 CALL LCD_Borra MOVLW 0X19 MOVWF UND

149

MOVLW 0X0A MOVWF MS MOVLW 0X1E MOVWF SEG MOVLW 0X08 MOVWF CM MOVLW 0X27 MOVWF MTS MOVF UND,W MOVWF PORTC PROCESO1 BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA1 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA1 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA1 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA1 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA1 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA1 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA1 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA1 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA1 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA1 CALL Retardo_10ms DECFSZ MS,1 GOTO PROCESO1 MOVLW 0X0A MOVWF MS DECFSZ SEG,1 GOTO PROCESO1 MOVLW 0X1E MOVWF SEG CALL CARGA GOTO PROCESO1 DISTANCIA1 MOVLW 0X01 ; SUBWF CM,1 MOVF CM,1 BTFSS STATUS,Z GOTO ESPERE MOVLW 0X04 MOVWF CM

150

MOVLW 0X01 SUBWF MTS,1 MOVF MTS,1 BTFSS STATUS,Z GOTO ESPERE MOVLW 0X01 MOVWF MTS CALL CARGA GOTO ESPERE ; PROGRAMA2 MOVLW .8 CALL LCD_PosicionLinea1 MOVLW 0X7F CALL LCD_Caracter BTFSC PORTB,1 GOTO REFERENCIA BTFSS PORTE,0 GOTO PROGRAMA2 CALL LCD_Borra MOVLW 0X19 MOVWF UND MOVLW 0X0A MOVWF MS MOVLW 0X1E MOVWF SEG MOVLW 0X08 MOVWF CM MOVLW 0X30 MOVWF MTS MOVF UND,W MOVWF PORTC PROCESO2 BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA2 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA2 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA2 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA2 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA2 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA2 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA2 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA2 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA2 CALL Retardo_10ms

151

BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA2 CALL Retardo_10ms DECFSZ MS,1 GOTO PROCESO2 MOVLW 0X0A MOVWF MS DECFSZ SEG,1 GOTO PROCESO2 MOVLW 0X1E MOVWF SEG CALL CARGA GOTO PROCESO2 DISTANCIA2 MOVLW 0X01 ; SUBWF CM,1 MOVF CM,1 BTFSS STATUS,Z GOTO ESPERE MOVLW 0X05 MOVWF CM MOVLW 0X01 SUBWF MTS,1 MOVF MTS,1 BTFSS STATUS,Z GOTO ESPERE MOVLW 0X01 MOVWF MTS CALL CARGA GOTO ESPERE ; PROGRAMA3 MOVLW .13 CALL LCD_PosicionLinea1 MOVLW 0X7F CALL LCD_Caracter BTFSC PORTB,1 GOTO REFERENCIA BTFSS PORTE,0 GOTO PROGRAMA3 CALL LCD_Borra MOVLW 0X19 MOVWF UND MOVLW 0X0A MOVWF MS MOVLW 0X1E MOVWF SEG MOVLW 0X08 MOVWF CM MOVLW 0X31 MOVWF MTS MOVF UND,W MOVWF PORTC PROCESO3 BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA3 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0

152

CALL DISTANCIA3 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA3 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA3 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA3 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA3 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA3 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA3 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA3 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA3 CALL Retardo_10ms DECFSZ MS,1 GOTO PROCESO3 MOVLW 0X0A MOVWF MS DECFSZ SEG,1 GOTO PROCESO3 MOVLW 0X1E MOVWF SEG CALL CARGA GOTO PROCESO3 DISTANCIA3 MOVLW 0X01 ; SUBWF CM,1 MOVF CM,1 BTFSS STATUS,Z GOTO ESPERE MOVLW 0X06 MOVWF CM MOVLW 0X01 SUBWF MTS,1 MOVF MTS,1 BTFSS STATUS,Z GOTO ESPERE MOVLW 0X01 MOVWF MTS CALL CARGA GOTO ESPERE ; PROGRAMA4 MOVLW .3 CALL LCD_PosicionLinea2 MOVLW 0X7F CALL LCD_Caracter

153

BTFSC PORTB,1 GOTO REFERENCIA BTFSS PORTE,0 GOTO PROGRAMA4 CALL LCD_Borra MOVLW 0X19 MOVWF UND MOVLW 0X0A MOVWF MS MOVLW 0X1E MOVWF SEG MOVLW 0X08 MOVWF CM MOVLW 0X33 MOVWF MTS MOVF UND,W MOVWF PORTC PROCESO4 BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA4 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA4 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA4 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA4 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA4 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA4 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA4 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA4 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA4 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA4 CALL Retardo_10ms DECFSZ MS,1 GOTO PROCESO4 MOVLW 0X0A MOVWF MS DECFSZ SEG,1 GOTO PROCESO4 MOVLW 0X1E MOVWF SEG CALL CARGA GOTO PROCESO4 DISTANCIA4

154

MOVLW 0X01 ; SUBWF CM,1 MOVF CM,1 BTFSS STATUS,Z GOTO ESPERE MOVLW 0X07 MOVWF CM MOVLW 0X01 SUBWF MTS,1 MOVF MTS,1 BTFSS STATUS,Z GOTO ESPERE MOVLW 0X01 MOVWF MTS CALL CARGA GOTO ESPERE ; PROGRAMA5 MOVLW .8 CALL LCD_PosicionLinea2 MOVLW 0X7F CALL LCD_Caracter BTFSC PORTB,1 GOTO REFERENCIA BTFSS PORTE,0 GOTO PROGRAMA5 CALL LCD_Borra MOVLW 0X19 MOVWF UND MOVLW 0X0A MOVWF MS MOVLW 0X1E MOVWF SEG MOVLW 0X08 MOVWF CM MOVLW 0X35 MOVWF MTS MOVF UND,W MOVWF PORTC PROCESO5 BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA5 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA5 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA5 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA5 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA5 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA5 CALL Retardo_10ms

155

BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA5 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA5 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA5 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA5 CALL Retardo_10ms DECFSZ MS,1 GOTO PROCESO5 MOVLW 0X0A MOVWF MS DECFSZ SEG,1 GOTO PROCESO5 MOVLW 0X1E MOVWF SEG CALL CARGA GOTO PROCESO5 DISTANCIA5 MOVLW 0X01 ; SUBWF CM,1 MOVF CM,1 BTFSS STATUS,Z GOTO ESPERE MOVLW 0X08 MOVWF CM MOVLW 0X01 SUBWF MTS,1 MOVF MTS,1 BTFSS STATUS,Z GOTO ESPERE MOVLW 0X01 MOVWF MTS CALL CARGA GOTO ESPERE ; PROGRAMA6 MOVLW .13 CALL LCD_PosicionLinea2 MOVLW 0X7F CALL LCD_Caracter BTFSC PORTB,1 GOTO REFERENCIA BTFSS PORTE,0 GOTO PROGRAMA6 CALL LCD_Borra MOVLW 0X19 MOVWF UND MOVLW 0X0A MOVWF MS MOVLW 0X1E MOVWF SEG MOVLW 0X08 MOVWF CM

156

MOVLW 0X36 MOVWF MTS MOVF UND,W MOVWF PORTC PROCESO6 BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA6 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA6 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA6 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA6 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA6 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA6 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA6 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA6 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA6 CALL Retardo_10ms BTFSC PORTB,0 CALL DISTANCIA6 CALL Retardo_10ms DECFSZ MS,1 GOTO PROCESO6 MOVLW 0X0A MOVWF MS DECFSZ SEG,1 GOTO PROCESO6 MOVLW 0X1E MOVWF SEG CALL CARGA GOTO PROCESO6 DISTANCIA6 MOVLW 0X01 ; SUBWF CM,1 MOVF CM,1 BTFSS STATUS,Z GOTO ESPERE MOVLW 0X09 MOVWF CM MOVLW 0X01 SUBWF MTS,1 MOVF MTS,1 BTFSS STATUS,Z GOTO ESPERE MOVLW 0X01

157

MOVWF MTS CALL CARGA GOTO ESPERE ESPERE BTFSS PORTB,0 RETURN CALL Retardo_10ms BTFSS PORTB,0 RETURN CALL Retardo_10ms BTFSS PORTB,0 RETURN CALL Retardo_10ms BTFSS PORTB,0 RETURN CALL Retardo_10ms BTFSS PORTB,0 RETURN CALL Retardo_10ms BTFSS PORTB,0 RETURN CALL Retardo_10ms BTFSS PORTB,0 RETURN CALL Retardo_10ms BTFSS PORTB,0 RETURN CALL Retardo_10ms BTFSS PORTB,0 RETURN CALL Retardo_10ms BTFSS PORTB,0 RETURN CALL Retardo_10ms DECFSZ MS,1 GOTO ESPERE MOVLW 0X0A MOVWF MS DECFSZ SEG,1 GOTO ESPERE MOVLW 0X1E MOVWF SEG CALL CARGA GOTO ESPERE ; VISUNDL CALL LCD_Inicializa MOVLW 'U' CALL LCD_Caracter MOVLW 'N' CALL LCD_Caracter MOVLW 'D' CALL LCD_Caracter MOVLW ' ' CALL LCD_Caracter MOVLW 'L' CALL LCD_Caracter MOVLW 'E' CALL LCD_Caracter MOVLW 'I' CALL LCD_Caracter

158

MOVLW 'D' CALL LCD_Caracter MOVLW 'A' CALL LCD_Caracter MOVLW 'S' CALL LCD_Caracter MOVLW ':' CALL LCD_Caracter CALL LCD_DosEspaciosBlancos MOVF UNDL,W CALL BIN_a_BCD CALL LCD_ByteCompleto MOVLW 0X64 SUBWF UNDL,0 BTFSS STATUS,0 RETURN MOVLW 0XC8 SUBWF UNDL,0 BTFSS STATUS,0 GOTO MOVL1 MOVLW 0XFF SUBWF UNDL,0 BTFSS STATUS,0 GOTO MOVL2 RETURN MOVL1 MOVLW .12 CALL LCD_PosicionLinea1 MOVLW 0X31 CALL LCD_Caracter RETURN MOVL2 MOVLW .12 CALL LCD_PosicionLinea1 MOVLW 0X32 CALL LCD_Caracter RETURN VISUNDR MOVLW .1 CALL LCD_PosicionLinea2 MOVLW 'U' CALL LCD_Caracter MOVLW .2 CALL LCD_PosicionLinea2 MOVLW 'N' CALL LCD_Caracter MOVLW .3 CALL LCD_PosicionLinea2 MOVLW 'D' CALL LCD_Caracter MOVLW .4 CALL LCD_PosicionLinea2 MOVLW ' ' CALL LCD_Caracter MOVLW .5 CALL LCD_PosicionLinea2 MOVLW 'R' CALL LCD_Caracter MOVLW .6

159

CALL LCD_PosicionLinea2 MOVLW 'E' CALL LCD_Caracter MOVLW .7 CALL LCD_PosicionLinea2 MOVLW 'A' CALL LCD_Caracter MOVLW .8 CALL LCD_PosicionLinea2 MOVLW 'L' CALL LCD_Caracter MOVLW .9 CALL LCD_PosicionLinea2 MOVLW 'E' CALL LCD_Caracter MOVLW .10 CALL LCD_PosicionLinea2 MOVLW 'S' CALL LCD_Caracter MOVLW .11 CALL LCD_PosicionLinea2 MOVLW ':' CALL LCD_Caracter CALL LCD_PosicionLinea2 MOVF UNDR,W CALL BIN_a_BCD CALL LCD_ByteCompleto MOVLW 0X64 SUBWF UNDR,0 BTFSS STATUS,0 RETURN MOVLW 0XC8 SUBWF UNDR,0 BTFSS STATUS,0 GOTO MOVR1 MOVLW 0XFF SUBWF UNDR,0 BTFSS STATUS,0 GOTO MOVR2 RETURN MOVR1 MOVLW .13 CALL LCD_PosicionLinea2 MOVLW 0X31 CALL LCD_Caracter RETURN MOVR2 MOVLW .13 CALL LCD_PosicionLinea2 MOVLW 0X32 CALL LCD_Caracter RETURN TEXTO CALL LCD_Inicializa MOVLW Mensaje8 CALL LCD_Mensaje RETURN RECIBIR

160

CALL RX RETURN RX CALL LED MOVF RCREG,W MOVWF INGRESA MOVLW .0 SUBWF INGRESA,W BTFSS STATUS,2 RETURN GOTO RX TRANSMITIR MOVF SALE,W CALL TX RETURN TX BCF STATUS,5 ; B0 BCF STATUS,6 BTFSS PIR1,4 GOTO $-1 MOVWF TXREG RETURN LED BSF PORTC,0 CALL TIEMPO CALL TIEMPO BCF PORTC,0 CALL TIEMPO CALL TIEMPO RETURN LED1 BSF PORTC,1 CALL TIEMPO CALL TIEMPO CALL TIEMPO BCF PORTC,1 CALL TIEMPO CALL TIEMPO CALL TIEMPO RETURN TIEMPO MOVLW 0X66 MOVWF CON1 N1 MOVLW 0X88 MOVWF CON2 N2 DECFSZ CON2,1 GOTO N2 DECFSZ CON1,1 GOTO N1 RETURN INCLUDE <LCD_4BIT-D.INC> INCLUDE <RETARDOS.INC> INCLUDE <LCD_MENS.INC> INCLUDE <BIN_BCD.INC>

END

161

ANEXO H Figura 1. Curva potencia – torque vs rpm

Fuente catálogo técnico Hyundai motor Tabla ilustrativa 1. Propiedades de los aceros

Fuente: Shigley

162

Tabla ilustrativa 2. Propiedades de los aceros

Fuente: Shigley

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ANEXO I Nota Técnica NºFT01 Introducción al Análisis de Fatiga o Durabilidad Ultima revisión: Agosto-2006 En la vida real se observa que repetidos ciclos de carga y descarga debilitan las piezas a lo largo del tiempo incluso cuando las cargas inducidas están considerablemente por debajo de la tensión de rotura estática e incluso del límite elástico del material. Este fenómeno se le conoce como Fatiga. Cada ciclo de fluctuación de la tensión deteriora o daña la pieza un poco. Tras un nº de ciclos determinado, la pieza está tan debilitada que rompe por Fatiga. Para complicar el tema también se observa en piezas metálicas que por debajo de un cierto valor de la tensión no se produce la rotura por elevado que sea el nº de ciclos de trabajo de la pieza. Todo esto hace que la Fatiga sea realmente compleja y por desgracia para el ingeniero de diseño una de las primeras causas de fallo en muchas piezas construidas con materiales férricos. Ejemplos de fallo por fatiga los tenemos en máquinas rotativas, tornillos, alas de aviones, productos de consumo, ruedas de ferrocarril, plataformas marítimas, barcos, vehículos y puentes. La vida a fatiga se puede definir como el "fallo debido a cargas repetitivas... que incluye la iniciación y propagación de una grieta o conjunto de grietas hasta el fallo final por fractura" (Fuchs, 1980). El análisis de fatiga estructural es una herramienta para evaluar la validez de un diseño, o su durabilidad, bajo condiciones de carga simples o complejas conocidas como cargas de servicio. Los resultados del análisis de fatiga se representan mediante contornos en color que muestran la duración de los ciclos de carga que la estructura puede soportar antes de que se inicie cualquier grieta. Los estudios estructurales lineales y no lineales no predicen los fallos por fatiga. Calculan la respuesta de un diseño sujeto a un entorno específico de cargas y restricciones. Si los resultados de desplazamientos y tensiones están por debajo de un cierto nivel admisible el ingeniero proyectista puede concluir que el diseño es seguro en ese entorno de solicitaciones con independencia de cuantas veces se aplique la carga. Los resultados de los estudios estructurales (estáticos y dinámicos, lineales y no lineales) se usan como los datos básicos de partida para definir el estudio de fatiga. El nº de ciclos requeridos para que el fallo por fatiga ocurra en un punto depende del material y de la fluctuación de las tensiones. Esta información, para ciertos tipos de materiales férricos, nos la proporciona la llamada Curva S-N. Las grietas por Fatiga se inician en la superficie del material. Por ello debe evitarse en lo posible ralladuras y arañazos en las superficies de buen acabado (por ejemplo, grabar el nombre comercial en la pieza), sobre todo en zonas con elevado nivel de tensión. Cualquier tratamiento superficial (térmico o mecánico) que produzcan un estado de tensiones residuales de compresión en la superficie de las piezas aumentando la dureza de la superficie (por ejemplo, el temple, granallado o laminado superficial) incrementará la vida a fatiga de la pieza. El análisis de fatiga se basa en la regla de Miner de daño acumulado para estimar la vida a fatiga a partir de una historia de tensiones o deformaciones. La estimación se realiza reduciendo los datos de carga a una secuencia de picos y valles, contando los ciclos y

164

calculando la vida a fatiga. Para realizar un análisis a Fatiga o de durabilidad, se debe proporcionar información específica para el análisis de fatiga:

Propiedades a fatiga de los materiales Variación de las cargas a fatiga Opciones de análisis a fatiga

Fases de un Fallo por Fatiga Los fallos por Fatiga se producen en tres fases:

Fase 1 (Iniciación): Una o más grietas se desarrollan en el material. Las grietas pueden aparecer en cualquier punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentración de tensión y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensión son más elevadas. Las grietas pueden aparecer por muchas razones: imperfecciones en la estructura microscópica del material, ralladuras, arañazos, muescas y entallas causados por las herramientas de fabricación o medios de manipulación. En materiales frágiles el inicio de grieta puede producirse por defectos del material (poros e inclusiones) y discontinuidades geométricas. Fase 2 (Propagación): Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas. Además, las grietas generalmente son finas y de difícil detección, aun cuando se encuentren próximas a producir la rotura de la pieza. Fase 3 (Rotura): La pieza continúa deteriorándose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida la sección neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista estático produciéndose la rotura por fatiga.

Curva S-N La Curva S-N de un material define valores de tensiones alternas vs. el nº de ciclos requeridos para causar el fallo a un determinado ratio de tensión. La siguiente figura muestra una curva típica S-N. El eje-Y representa la tensión alterna (S) y el eje-X representa el nº de ciclos (N). La curva S-N se basa en un ratio de tensión o tensión media σm. Para cada material se pueden definir múltiples curvas S-N con diferentes valores de tensión media.

165

Figura 2 Diagrama Curva S-N

Fuente: Nota Técnica NºFT01 Introducción al Análisis de Fatiga o Durabilidad Las curvas S-N se basan en la vida a fatiga media o en una probabilidad de fallo dada. La generación de la curva S-N de un material requiere muchos ensayos para de una forma estadística variar las tensiones alternas, las tensiones medias (o ratio de tensión) y contar el nº de ciclos. Para caracterizar un material se toma un conjunto de probetas y se las somete a solicitaciones variables con diferentes niveles de tensión, contándose el nº de ciclos que resiste hasta la rotura. Debido a la elevada dispersión estadística propia de la fatiga los resultados se agrupan en una banda de roturas. Una parte de esta dispersión puede atribuirse a errores del ensayo, pero es una propiedad del fenómeno físico lo cual obliga a realizar un gran nº de ensayos de probetas a fin de determinar la banda de fractura con suficiente precisión. Por tanto, caracterizar un material a fatiga supone un coste muy importante. Figura 3 Máquina de probeta rotatoria de Moore para ensayo a Fatiga

Fuente: Nota Técnica NºFT01 Introducción al Análisis de Fatiga o Durabilidad Por ejemplo, supóngase que se desea conocer el comportamiento a fatiga de un material hasta 1e8 ciclos utilizando seis valores de la tensión con tres probetas por cada tensión.

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El ensayo más largo de 1e8 ciclos costaría unos 14 días en una máquina capaz de producir 5000 ciclos/min. Por tanto si sólo se dispone de una máquina el tiempo para realizar todos los ensayos sería de varios meses. Existen métodos de ensayo rápidos pero la fiabilidad de los resultados es menor. En base a los ensayos sobre probetas se han desarrollado métodos para cálculo y diseño a Fatiga. La extrapolación de los resultados de los ensayos de fatiga a las piezas reales está basado en la utilización de una serie de valores modificativos empíricos, y por ello la fiabilidad de los métodos de cálculo es reducida si se compara por ejemplo con un cálculo estático lineal ya que existen numerosos factores que intervienen en el comportamiento a fatiga de un sistema físico que son imposibles de introducir en un modelo de elementos finitos, teniendo el usuario que "estimar" su efecto. Por tanto, en sistemas de alta responsabilidad es imprescindible recurrir a ensayos sobre prototipos. Limitaciones del Análisis de Fatiga Los fundamentos para la predicción de vida a fatiga se basan en las propiedades del material obtenidas en el laboratorio ensayando con pequeños especímenes sujetos a cargas dinámicas hasta que parten o aparece la primera grieta. El método de tensión-deformación local asume que la vida del espécimen en el laboratorio se puede relacionar con la vida de la estructura real. Es más, se asume que las cargas utilizadas en la estimación de vida a fatiga de la estructura son tensiones locales o deformaciones locales en posiciones críticas. Dado que los fundamentos del análisis de fatiga están basados en datos empíricos, considerar los siguientes puntos antes de realizar un análisis de fatiga:

Si se utilizan propiedades del material publicados en tablas, debe tenerse en cuenta las condiciones del ensayo utilizadas para obtener esos datos. Asegúrese de que las condiciones corresponden al problema que se está investigando, y que se incluyen los procesos utilizados para la fabricación del material y las mismas condiciones de carga del ensayo. Verificar la validez de las cargas y su aplicación correcta.

Aparte de estas limitaciones, el análisis de fatiga es muy interesante, especialmente si se utiliza como una herramienta para ver características y tendencias de un posible fallo a fatiga. Modificando parámetros y comparando estimaciones de vida, se pueden observar tendencias a favor de un diseño más seguro. Únicamente a través de estudios comparativos el ingeniero podrá obtener un conocimiento real de los mecanismos de trabajo. Las siguientes figuras ilustran los conceptos básicos de las cargas de fatiga junto con el significado de los símbolos utilizados en el análisis de fatiga

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Figura 4 Diagrama cargas de fatiga

Fuente: Nota Técnica NºFT01 Introducción al Análisis de Fatiga o Durabilidad Datos de Entrada Las estimaciones de vida a fatiga se pueden generar para cualquier estructura en diseño. Primero se crea un histórico de tensiones que predice las cargas que la estructura va a soportar. La forma de la curva es muy regular. Figura 4 Diagrama regular de la curva

Fuente: Nota Técnica NºFT01 Introducción al Análisis de Fatiga o Durabilidad Una vez construido un prototipo de la estructura se le somete a un ensayo de fatiga con cargas hasta la rotura, o hasta alcanzar un nº de ciclos elevado. También se pueden colocar galgas extensométricas en puntos singulares denominados "hot spot" para generar historias de deformaciones unitarias. La curva de históricos de deformaciones unitarias es muy aleatoria, tal como muestra la siguiente figura:

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Figura 5 Diagrama de curva de histórico de deformaciones

Fuente: Nota Técnica NºFT01 Introducción al Análisis de Fatiga o Durabilidad Estimación de Vida a Fatiga a partir de Datos Experimentales El proceso de estimación de vida a fatiga a partir de datos obtenidos experimentalmente se puede separar en tres pasos:

Reducción a picos/valles Conteo de ciclos Estimación de Vida

Reducción a Picos/Valles El proceso de reducción a picos/valles permite eliminar datos que tienen poco o ningún efecto en la predicción de vida a fatiga. No todos los puntos tienen interés para el análisis de fatiga, sólo los valores máximos (picos) y mínimos (valles) lo tienen, pero no la forma en que varía la tensión o deformación unitaria entre un par pico/valle. Para empezar, todos los puntos intermedios entre picos y valles se eliminan, tal como muestra la figura siguiente. Esto deja únicamente la curva con los puntos correspondientes a picos/valles. Figura 6. Diagrama de puntos y valles

Fuente: Nota Técnica NºFT01 Introducción al Análisis de Fatiga o Durabilidad

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Seguidamente se eliminan los pares de puntos pico/valle que son insignificantes. Hay varias formas de hacerlo, una es especificar una tolerancia y eliminar pares pico/valle con una diferencia menor que la tolerancia. Por ejemplo, si en la siguiente figura se utiliza una tolerancia de 150 microstrains entonces los puntos 2 y 3, así como los puntos 5 y 6 se eliminan de la curva ya que el rango de deformación de ambos pares es 100, menor que 150. Figura 7 Diagrama resuelto de picos y valles

Fuente: Nota Técnica NºFT01 Introducción al Análisis de Fatiga o Durabilidad Cómputo de Ciclos Tras reducir los datos de entrada a una secuencia de picos/valles se pasa a contar los ciclos. Si los datos se hubieran generado analíticamente, entonces los ciclos y sus correspondientes rangos de puntos se pueden determinar mediante inspección visual. Pero encontrar ciclos a partir de curvas de datos experimentales no es sencillo. Se han empleado muchos años de investigación en esta materia resultando en una variedad de algoritmos de cómputo de ciclos a partir de datos experimentales. Un cambio de pendiente es medio ciclo, y una amplitud es medio rango. Cuando se "cuenta" un ciclo, puede que en efecto se haya encontrado un cambio de pendiente, dependiendo del algoritmo. Junto con cada ciclo o cambio de pendiente viene su correspondiente rango o amplitud. Un simple método de contar ciclos es identificar cada sucesivo par pico/valle como un rango.

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Figura 8 Diagrama de computo de ciclos

Fuente: Nota Técnica NºFT01 Introducción al Análisis de Fatiga o Durabilidad Para los datos de la curva anterior, los puntos 1-2, 2-3, 3-4, y 4-5 son todos rangos usando este método de conteo. Entre los métodos de cómputo de ciclos los más importantes son los siguientes:

Range-pair Rainflow

Método Range-Pair El algoritmo range-pair detecta un cambio de pendiente (y por tanto un rango) de dos casos diferentes: Figura 9 Diagrama del método Range-Pair

Fuente: Nota Técnica NºFT01 Introducción al Análisis de Fatiga o Durabilidad

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Para el rango de pendiente positiva, el punto 1 debe ser menor o igual al punto 3, y el punto 2 debe ser menor o igual que el punto 4. Para la serie de pendiente negativa, el punto 1 debe ser mayor o igual que el punto 3, y el punto 2 debe ser mayor o igual que el punto 4, Cuando dos puntos se determina que forman un rango, se excluyen del conteo. En los ejemplos mostrados, los puntos 2 y 3 se eliminan del cómputo, mientras que los puntos 1 y 4 se volverán a usar de nuevo. Método Rainflow El algoritmo de rainflow es el método de conteo más popular para la estimación de vida a fatiga porque sigue el bucle de histéresis de la curva tensión-deformación. Este método de conteo recibió el nombre de rainflow por sus creadores, M. Matsuishi y T. Endo, porque gráficamente se parece al agua de lluvia fluyendo por el techo de una pagoda. Figura 10 Diagrama método Rainflow

Fuente: Nota Técnica NºFT01 Introducción al Análisis de Fatiga o Durabilidad Las reglas que gobiernan el método rainflow son las siguientes: Ordenar el histórico de forma que la mayor magnitud sea el primer pico y el último valle. Empezando con el primer pico o valle, permitir que la lluvia gotee hasta que un ciclo se cierre, tal como se describe en el paso 3; o hasta que la lluvia se pare, tal como se describe en el paso 4. Si se empieza en un pico, un ciclo se cierra cuando se encuentra otro pico cuyo valor es mayor o igual que el pico de inicio. Esto se demuestra con los puntos 5-6-7. Si se empieza en el punto 5, la lluvia cae hasta el punto 6 y seguidamente cae directamente al punto 7. Se para en el punto 7 porque la magnitud del punto 7 es mayor que el punto 5. Un ciclo se indica en la figura con una línea corta horizontal donde se para la lluvia. Si se empieza en un valle, un ciclo se cierra cuando se encuentra un valle opuesto con un valor menor o igual al valle de arranque. Esto se demuestra con los puntos 2-3-4.

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Empezando por el punto 2, la lluvia cae hasta el punto 3, y luego gotea hasta el punto 4. Se para enfrente del punto 4 porque la magnitud del valle 4 es menor que el valle 2. La lluvia se para cuando se encuentra con lluvia cayendo desde uno de los tejados anteriores. Esto se demuestra por la lluvia, que corre del punto 3 al punto 4. Se para antes de llegar al punto 4 por la lluvia cayendo del punto 2. La línea corta vertical al final de la línea corriendo desde 3 a 4 indica que la lluvia está parada. Tras cerrar un ciclo, o que la lluvia esté parada para el primer punto, moverse al segundo punto y permitir que la lluvia caiga. Repetir ésto hasta que cada punto se haya procesado. Estimación de Vida a Fatiga Una vez realizado el cómputo de ciclos, se pasa a calcular el nº de ciclos para el fallo mediante una ecuación de estimación de vida a fatiga. Stress-Life La ecuación de tensión-vida (stress-life) se lleva utilizando desde finales de 1800. Asume que el fallo ocurre tras un elevado número de ciclos. Figura 11 Diagrama de estimación de vida

Fuente: Nota Técnica NºFT01 Introducción al Análisis de Fatiga o Durabilidad La ecuación es la siguiente:

Strain-Life La ecuación de deformación unitaria-vida (strain-life) se basa en la ecuación de tensión-vida. Intenta determinar la deformación plástica. La parte plástica de la ecuación se puede escribir como:

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Combinando las ecuaciones de tensión-vida con deformación unitaria-vida se obtiene lo siguiente:

El número de ciclos para el fallo, en cuyo punto se cruzan las ecuaciones elásticas y plásticas de deformación-vida, se llama vida a fatiga de transición. Figura 12 Diagrama de deformación unitaria

Fuente: Nota Técnica NºFT01 Introducción al Análisis de Fatiga o Durabilidad Estimación del Daño Una vez calculado el número de ciclos para el fallo para cada rango (o amplitud), se pasa a calcular el daño.

El daño total se calcula sumando el daño causado por cada rango. El nº de sucesos (events) para el fallo (o el nº de veces que la historia de cargas o deformaciones puede repetirse hasta el fallo) es la inversa del daño total. Tensiones Medias No Nulas (Mean Stress) Para predecir correctamente la vida a fatiga en estructuras precargadas o con componentes medias de la tensión no nulas hay que incluir la tensión media no nula en los cálculos ya que también colabora en el fallo a fatiga de la estructura. No es posible aplicar directamente ningún criterio basado en el principio de superposición de

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componentes alternas y medias de la tensión, hay que realizar ensayos sistemáticos sobre piezas y probetas con diferentes combinaciones de tensión llevando los resultados al conocido diagrama de Haigh como el de la siguiente figura: Figura 13 Diagrama de Haigh

Fuente: Nota Técnica NºFT01 Introducción al Análisis de Fatiga o Durabilidad Esto se puede hacer de dos maneras:

Calcular una tensión equivalente para cada rango Incluir la tensión media no nula en las ecuaciones de vida a fatiga

Métodos de Tensiones Equivalentes La amplitud de tensión utilizada en la ecuación de Tensión-Vida puede incluir tensiones medias no nulas usando un método de tensiones equivalentes. Esos métodos se basan en la utilización de la tensión variable (o amplitud de tensión) y tensión media para calcular un nuevo valor de la tensión llamado tensión equivalente que reemplaza al valor de la tensión variable en la ecuación de tensión-vida. Los principales criterios de tensión equivalente utilizados hoy en día son los de Gerber, Goodman, Soderberg y Morrow. El método de Goodman es adecuado para materiales frágiles, mientras que Gerber es en general más adecuado para materiales dúctiles, y por último Soderber es el más conservativo.

La siguiente imagen muestra una curva 360/160 usando el método de tensión equivalente de Goodman para líneas constantes de tensión media no nula:

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Figura 14 Diagrama de tensión equivalente de Goodman

Fuente: Nota Técnica NºFT01 Introducción al Análisis de Fatiga o Durabilidad Tensiones Medias no nulas en las ecuaciones de Vida a Fatiga Para utilizar las tensiones medias no nulas directamente en la ecuación de vida a fatiga, primero debe incluirse durante el conteo de ciclos.. Esto es un problema si se dispone de una historia de deformaciones unitarias en vez de tensiones. Es sencillo obtener la deformación media no nula tras el conteo de ciclos, pero las tensiones medias no nulas no están disponibles. Conteo de Rainflow con Tensiones Medias no nulas Las deformaciones unitarias medias no se pueden convertir a tensiones medias directamente mediante la ecuación cíclica de tensión-deformación. Considerar el siguiente bucle de histéresis: Figura 15 Diagrama bucle de histéresis

Fuente: Nota Técnica NºFT01 Introducción al Análisis de Fatiga o Durabilidad El pequeño bucle (4-5-4 y 1-2-1) incluido dentro del gran bucle (0-3-6) tiene los mismos rangos de deformación unitaria. Usando la ecuación cíclica de tensión-deformación unitaria, los rangos de deformación se pueden convertir a rangos de tensión iguales entre sí. Los rangos de deformación media para ambos bucles son

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iguales. Sin embargo, la tensión media es diferente para los dos bucles, ya que una es positiva y la otra es negativa. Hace falta un método que permita obtener tensiones medias no nulas a partir de una señal de entrada basada en deformaciones unitarias. Esto se puede conseguir de forma bastante eficiente partiendo el bucle de histéresis grande en elementos discretos. En vez de realizar conversiones de cada valor de la deformación para determinar el correspondiente valor de tensión, se puede construir una matriz de valores de deformación con su correspondiente valor de tensión en función del tiempo. Cuantos más elementos se usen mejor es la aproximación del bucle de histéresis. Una vez localizados los rangos de deformación o tensión y las correspondientes tensiones medias, se puede pasar a estimar la vida a fatiga. las ecuaciones de tensión-vida y deformación-vida se pueden modificar para incluir los efectos de tensiones medias no nulas. Stress-Life La ecuación de tensión-vida se puede modificar para incluir los efectos de tensiones medias restando las tensiones medias del coeficiente de resistencia a la fatiga:

Strain-Life Las tensiones medias se pueden incluir en la ecuación de deformación-vida haciendo lo mismo que en la curva de tensión-vida:

Smith, Topper y Watson Smith, Topper, y Watson desarrollaron otro método para incluir los efectos de tensión media en la ecuación de deformación-vida:

Esta ecuación también se puede escribir como:

Daño Acumulado Existen dos métodos:

Primero se cuentan todos los ciclos y seguidamente se estima el daño El conteo de ciclos y la estimación de daño se realiza simultáneamente.

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El primer método consiste en crear un histograma de rangos de ciclos contados y seguidamente meter los rangos de ciclos en las ecuaciones de vida a fatiga. La precisión de la estimación de daño depende de la resolución del histograma -- a mayor resolución mayor precisión. Usando el segundo método se obtienen mejores estimaciones del daño porque el daño se estima para cada ciclo según se encuentra. En este caso no se depende de la resolución utilizada y también permite considerar el efecto de la secuencia de cargas. Resultados del Análisis de Fatiga Durante el análisis, los parámetros de variación de la carga se combinan con otros criterios de fatiga y el programa realiza los cálculos de fatiga para evaluar la durabilidad de la estructura cuyos resultados se representan mediante contornos en color en las siguientes áreas:

Resistencia Estructural (Factor de Seguridad a Tensión -- SSF: Stress Safety Factor) Resistencia a Fatiga (Factor de Seguridad a Fatiga -- FSF: Fatigue Safety Factor) Vida a Fatiga Factor de Daño

Factor de Seguridad a Tensión: El factor de seguridad a tensión (SSF) es una media de la resistencia global de la estructura y se evalúa dividiendo el criterio de tensión (por ejemplo, el límite elástico del material) por la tensión efectiva (por ejemplo, vonMises, Tresca o la tensión principal máxima/mínima). El programa calcula el SSF como una función de la historia de la tensión efectiva (vonMises, Tresca o máx./min. de la tensión principal) para determinar el factor de fallo de la estructura. Los valores por encima de 1.0 son aceptables, mientras que valores por debajo de 1.0 indican fallo. Si el SSF es menor de 1.0 no es necesario realizar ningún análisis de fatiga ya que la estructura ha plastificado por tanto un rediseño es necesario. Factor de Seguridad a Fatiga: El factor de seguridad a fatiga (FSF) predice si la estructura fallará debido a cargas cíclicas. El FSF se calcula primero identificando todos los ciclos de carga (tensiones medias y tensiones variables) y seguidamente mediante el Diagrama de Goodman se obtienen los ciclos más desfavorables. El criterio de Goodman proporciona una estimación más conservadora del FSF, lo que significa que utilizando Goodman se tiende a sobredimensionar el diseño. El criterio de Goodman utiliza dos propiedades del material:

la tensión última σu y la máxima tensión alterna (o variable), σamp

Un ejemplo del criterio de Goodman se tiene en la siguiente figura donde el eje-X es la tensión media y el eje-Y es la tensión variable (o alterna, o amplitud de tensión).

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Figura 16 Diagrama criterio de Goodman

Fuente: Nota Técnica NºFT01 Introducción al Análisis de Fatiga o Durabilidad En el ejemplo anterior el pto. C es la tensión en un ciclo, donde A es la tensión alterna del ciclo, M es la tensión media del ciclo y σu es la tensión última del material. El valor σs/2 es la máxima tensión alterna que no causa ningún daño en el material y por tanto el FSF = OZ/OC, cuando tanto la tensión media como la alterna son variables. Para que un diseño resulte seguro el FSF debe ser mayor que 1.0. Vida a Fatiga: El resultado de vida a fatiga evalúa la vida de la estructura calculando la inversa del daño. Usando la regla de Palmgren-Miner, también conocida como la regla del daño lineal, el daño para cada ciclo de tensión o deformación se combina para calcular el daño acumulado para todos los ciclos de carga de servicio. La inversa del daño total es el nº de ciclos de carga de servicio antes de que se inicia ninguna grieta o fallo en la estructura, con lo cual este valor puede usarse para determinar la vida de la estructura. Los criterios de vida a fatiga son los siguientes:

Smith-Watson-Topper Deformación-Vida (tensión principal máxima) Deformación-Vida (tensión cortante máxima) Tensión-Vida

Cada criterio de vida define una curva S-N diferente basándose en el uso de ciertas propiedades del material a fatiga. Seguidamente usando el conteo de ciclos Rainflow, el programa identifica la amplitud de tensión o deformación (o rango de tensiones o deformaciones) así como la tensión o deformación media de cada ciclo de la historia de

179

carga de servicio. El daño de cada ciclo se calcula y se suma usando la curva S-N según el criterio de vida seleccionado. Recomendaciones Prácticas de Diseño a Fatiga La mejor práctica de diseño en ingeniería es tratar de reducir al máximo el riesgo de fallos por fatiga en el diseño de piezas sometidas a cargas cíclicas. Se recomienda: Reducir/eliminar cargas cíclicas. Reducir operaciones - usar velocidades de rotación más bajas, reemplazar piezas de forma regular. Seleccionar materiales tolerantes a cargas cíclicas. Reducir/eliminar concentraciones de tensiones severas -- no permitir esquinas vivas o cambios de sección bruscos. Especificar procesos de fabricación que den resistencia a la fatiga -- trabajo en frío, granallado. Especifican tratamientos térmicos que aumenten la resistencia a fatiga -- Nitridación/Carburización. Sobredimensionar las piezas para reducir niveles de tensión. Precargar las piezas para convertir cargas cíclicas en cargas permanentes (precarga de tornillos). Referencias

Rafael Avilés; "Análisis de Fatiga en Máquinas"; Thomson, 2005. H.O. Fuchs; R.I. Stephens; "Metal Fatigue in Engineering"; Wiley, 1980. D. Socie; "Fatigue-Life Prediction Using Local Stress-Strain Concepts''; Experimental Mechanics, February, 1977. D.F. Socie, M.R. Mitchell, and E.M. Caulfield; "Fundamentals Of Modern Fatigue Analysis"; College of Engineering, University of Illinois, April, 1977. Fatigue Design Subcommittee of Division 4 of SAE Iron and Steel Technical Committee; Fatigue Design Handbook; Society of Automotive Engineers, Inc., 1968.

180

ANEXO J MANUAL DE INSTRUCCIONES

DESCRIPCIÓN DE LOS CONTROLES

1

4

5

6

7

8

9

2 3

1. CONECTOR ALIMENTACIÓN: Proporciona 12 v al sistema 2. CONECTOR DE SENSOR MECÁNICO: Transmite información de la estructura

mecánica. 3. CONECTOR DE RECEPTOR: Transmite información del taxímetro. 4. INTERRUPTOR: Energiza el módulo. 5. LCD: Visualiza los procedimientos del sistema. 6. INICIO: Prepara el sistema para el análisis. 7. ENTER: Registra los valores seleccionados. 8. FINAL: Termina la prueba. 9. REFERENCIAS NUMERADAS: Selecciona directamente la referencia deseada.

181

FUNCIONAMIENTO BÁSICO DEL SISTEMA

• ENCENDIDO Y APAGADO DEL SISTEMA. Para encender el sistema mueva el interruptor al estado I y a O para apagarlo.

• COMIENZO DE LA PRUEBA.

Presione el botón INICIO para disponer el sistema hacia la prueba.

• FIJACIÓN DE LA REFERENCIA DE LA LLANTA. Identificando previamente el tipo de tracción del automóvil al cual se le realizará la prueba (trasera o delantera), seleccione la referencia de la llanta respectiva.

Ref. 1: 175/70 R13 Ref. 2: 185/70 R13 Ref. 3: 185/70 R14 Ref. 4: 195/70 R14 Ref. 5: 205/70 R14 Ref. 6: 205/70 R15 Posteriormente presione el botón ENTER para registrar la referencia seleccionada.

Nota: Si a la hora de seleccionar la referencia decide cambiarla por otra, presione el botón INICIO, el cual lo llevará nuevamente al menú principal.

182

INICIO

ENTER

REF 1

REF 4

REF 2

REF 5

REF 3

REF 6

• SEÑAL DE TAXÍMETRO.

Cuando la central arroje el aviso “Esperando Señal Taxímetro” El taxímetro será encendido y la prueba comenzará automáticamente. Nota: Es indispensable que el taxímetro sea encendido en este paso y no antes para proceder con la prueba.

• FINALIZACIÓN DE LA PRUEBA. Para concluir la prueba presione el botón FINAL, se visualizará el resultado de la prueba en pantalla.

INICIO

ENTER

FINAL

REF 1

REF 4

REF 2

REF 5

REF 3

REF 6

183

CONEXIONES DEL SISTEMA

• CONEXIÓN SENSOR DE TAXÍMETRO: Conecte el bus de datos del panel del sensor al modulo del receptor.

• CONEXIÓN MODULO RECEPTOR Y CENTRAL: Conecte la terminal del modulo del receptor a la unidad central.

• CONEXIÓN SENSOR DE ESTRUCRUTA MECÁNICA: Conecte el plug monofónico de 1.5 en la unidad central.

184

• CONEXIÓN FUENTE DE ALIMENTACION: Conecte la terminal de alimentación a la base del encendedor de cigarrillos en el automóvil.

185

ANEXO L

186

ANEXO K

PLANOS

ESCALA 1:5

10-OCT-2008

PLANO N° 1/13

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURAINGENIERIA MECATRONICA

SISTEMA PORTATIL VERIFICADOR DE TAXIMETROS

Dibujó: HELBER CUBIDES JORGE MARTINEZ ALEXANDER LEGUIZAMO

DESPIECE

CONJUNTO

181

132

51

31

24

12

172

141

1017

925Número de

elementoNombre Descripción Material Cantidad

18 lamina Aluminio 1060,planchaestriada

1

17 Soporte rampa Cauchomoldeado

2

16 n02256200JISAR2

1

15 trinquete Acero 1020 T&R 1

14 soportetrinquete

Acero,estructural

1

13 pasador Acero 1045 CR 2

12 Trinquete ruedaizquierda

Acero 1020 T&R 1

11 Rampa 1

10 Bolt_ANSI_B18_2_1_B_3I8x1_1I4_v6.95

17

9 Nut_ANSI_B18_2_2_A_3l8_v6.95

25

8 Washer_ANSI_B18_22M_B_10_v6.95

9

7 Bolt_ANSI_B18_2_1_B_3I8x1_v6.95

8

6 Perfil L #2(2x2)

Acero,estructural

3

5 Perfil L #4(2x2)

1

4 Rodillo paratrinquete

1

3 Rodillo 1

2 Soporte debrida FY 1.FM

4

1 Soporte lateral 2

41

925

1017

151

121

78

89

63

1116

3

161

Subconjunto 1

Subconjunto 2

Subconjunto 3

Subconjunto 5

Subconjunto 4

ESCALA 1:2

10-OCT-2008

PLANO N° 2/13




SOPORTELATERAL

SUBCONJUNTO 1

A A

CORTE A-A

143.5 50.8

B

DETALLE B

45°

5150

O 11.5 X4O 11.5 X4

600

66

136

40

6,35E60136,35E6013

25.4

99.86

21.82

O 11.1125 X221.82

40

464534

22

12

Número deelemento

Nombre Material Cantidad

1 Perfil L 2x2x1/8

Acero,estructural

2

2 Perfil L 2x2x1/8

Acero,estructural

2

ESCALA 1:2

10-OCT-2008

PLANO N° 3/13




RODILLOTRINQUETE

SUBCONJUNTO 2

A

A

CORTE A-A

37 350 63

450

42 20 6820

15.88

O 25.4 H7h6

5 E6013

101.49113.49

5 E601322.22

6.35

Número deelemento


1 Eje hueco Acero 1015 HR 1

2 Disco derefuerzo

Acero 1010 HR 2

3 Eje 1 Acero 1020 1

11

22

31

6

A

A

Número deelemento


1 Disco derefuerzo

Acero 1010 HR 2

2 Eje hueco Acero 1015 HR 1

3 Eje2 Acero 1020 HR 1

CORTE A-A

37 350 37

424

42 20 4220

101.49113.49

O 25.4 H7h6

5 E6013

5 E6013

6

12

21

31

ESCALA 1:2

10-OCT-2008

PLANO N° 4/13



Dibujó: HELMER CUBIDES JORGE MARTINEZ ALEXANDER LEGUIZAMO

RODILLO

SUBCONJUNTO 3

GRAFILADODISCO # 3

ESCALA 1:5

10-OCT-2008

PLANO N° 5/13




PERFIL 2X2X1/8

SUBCONJUNTO 4

526

3030

O 11.1125 O 11.1125

135.5 224.84R 15

O 12.7 6,35 E6013

6,35E6013

11

22

Número deelemento


1 Perfil L 2x2x1/8

Acero,estructural

1

2 Visagraestructura

Acero 1010 HR 2

ESCALA 1:5

10-OCT-2008

PLANO N° 6/13




RAMPA

SUBCONJUNTO 5

449.8

149.2

149.2

149.2

105

166

330

391

A

ACORTE A-A

R 15

O 12.7

5E6013

5E6013

5E6013

5E6013

5E6013

5E6013

235

1

32

32

5 E6013

5E6013

32

600

41

23

23

11

Número deelemento


1 Perfil L Derha1-1/2x1-1/2x1/8

Acero,estructural

1

2 Perfil L1-1/2x1-1/2x1/8

Acero,estructural

3

3 Visagra Rampa Acero 1010 HR 4

4 Perfil L recort1-1/2x1-1/2x1/8

Acero,estructural

1

5 Perfil L izq1-1/2x1-1/2x1/8

Acero,estructural

1

30 30

ESCALA 1:2

10-OCT-2008

PLANO N° 7/13




PERFIL L DERECHO1-1/2x1-1/2x1/8PIEZA1 SUBCONJUNTO 5

600

30°45°

ESCALA 1:2

10-OCT-2008

PLANO N° 8/13




PERFIL L RECORTADO1-1/2x1-1/2x1/8PIEZA 4 SUBCONJUNTO 5

26.08

449.8

ESCALA 1:2

10-OCT-2008

PLANO N° 9/13




PERFIL L IZQUIERDO1-1/2x1-1/2x1/8

PIEZA 5 SUBCONJUNTO 5

600

30° 45°

ESCALA 1:5

10-OCT-2008

PLANO N° 10/13




LAMINA ALUMINIO

PIEZA 6 SUBCONJUNTO 5

134

91

105

91

105

600

526

3

ESCALA 1:5

10-OCT-2008

PLANO N° 11/13




PERFIL 2X2X1/8

PIEZA 6 CONJUNTO

526

O 11.1125

25.4

25

500.6

O 11.11

ESCALA 1:1

10-OCT-2008

PLANO N° 12/13



Dibujó:HELBER CUBIDES JORGE MARTINEZ ALEXANDER LEGUIZAMO

RUEDA TRINQUETE

PIEZA 12 CONJUNTO

10

10

25.4

40

80

70°10

6.35

3.58

ESCALA 1:1

10-OCT-2008

PLANO N° 13/13



Dibujó:HELMER CUBIDES JORGE MARTINEZ ALEXANDER LEGUIZAMO

TRINQUETE

PIEZA 15 CONJUNTO

805510

47.53

15

O 11.1125

O 3

R 5

R 5

R 5

R 11.37

R 1

54°

110°

10

13.540

30

22.53

25

3.86

10

10

R 5

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA PORTÁTIL

VERIFICADOR DE TAXÍMETROS MARTINEZ, Jorge; CUBIDES, Helmer; LEGUIZAMO, Alexander Resumen – La construcción y la implementación de la herramienta de verificación de taxímetros beneficiará en primera instancia a los usuarios de taxi en Bogotá, y será de gran ayuda para los agentes de tránsito a quienes les permitirá ahorrar tiempo en el proceso existente el cual es demasiado dispendioso; evitando desplazamientos, espera para la verificación y exactitud en el proceso. Palabras claves – Taxímetro, Rodillos, Sensor, Microcontrolador Abstract - The construction and implementation of the verification tool of taxi meters in the first instance to benefit the users of taxi in Bogota, and will be of great help to traffic agents who will save time in the existing process which is too dispendioso; avoiding movements, waiting for the verification and accuracy in the process. Key Words Taximeter, Rollers, Sensor, Microcontroller

1. INTRODUCCIÓN

En la actualidad la Ingeniería está incursionando en diferentes áreas para dar soluciones a problemáticas que surgen a diario, en conformidad con lo anterior se direccionó el estudio hacia el sector del transporte público (taxis); a partir de allí se inició un análisis exhaustivo sobre los diferentes problemas que se presentan en este campo de acción, utilizando como

herramienta la encuesta, uno de los medios más utilizados para conocer la opinión de las personas. Se obtuvo como resultado que uno de los mayores inconvenientes se encontraba en el sector del transporte individual “taxis”. De esta manera surgió la idea de crear un sistema que diera fin a la problemática causada por los sobrecostos en las tarifas que cobran los taxistas a los usuarios del servicio, por tal motivo sería pertinente la implementación de un “sistema portátil verificador de taxímetros“, el cual será una solución más ágil y veraz a la hora de detectar las posibles alteraciones que se encuentren en los taxímetros, siendo útil, tanto para los agentes de tránsito, quienes son los encargados de verificar el óptimo funcionamiento de los taxímetros, como para los usuarios, quienes son los directamente perjudicados.

2. METODOLOGÍA Línea. La línea a la que corresponde este proyecto es Tecnologías actuales y sociedad. Con el fin de dar soluciones a problemas que se encuentran latentes en nuestra sociedad, se han venido realizando mejoras a nivel de proceso en algunas herramientas las cuales deberían ser imprescindibles en el ámbito social (en este caso se ha hecho una mejora en el proceso de verificación y calibración de los taxímetros).

Sublínea. La sublínea a la que corresponde este proyecto es Instrumentación y Control de Procesos, debido a que se realizara un instrumento que garantice el proceso de medición en los taxímetros.

Además se deben estudiar varias variables, las cuales deben ser adaptadas de tal forma que den una misma respuesta a una entrada (entrada: distancia recorrida por el auto o tiempo utilizado del mismo; salida: medición hecha por el taxímetro y por el verificador de taxímetros). Campo. El campo temático del proyecto Automatización de Procesos, puesto que el proyecto busca la forma de reducir los esfuerzos que pueda realizar cualquier persona a la hora de hacer el proceso de verificación de taxímetros. Técnicas de recolección de información Para solucionar la problemática que ocupa este proyecto se utilizaron diferentes medios de investigación los cuales con llevan a la formulación del problema específico y el diseño de la solución. Observación directa: Al ver que los agentes de tránsito no realizan retenes frecuentemente por lo engorroso del proceso. Algunos taxistas aprovechan dicha problemática de los agentes de tránsito para aumentar su rentabilidad de forma indebida. Inconformidad en los usuarios del servicio. Entrevista: El agente de tránsito muestra cómo es el proceso aplicado en el vehículo para la verificación del taxímetro, señalando la incapacidad e poca exactitud del sistema actual y las necesidades para mejorarlo.

La mayoría de usuarios encuestados se muestran inconformes por los cobros realizados dada la incertidumbre del funcionamiento del taxímetro. Investigación: Documentación con funcionarios de la Secretaría de Tránsito y Transporte. Internet Código de tránsito Catálogos y libros especializados en cada área. Hipótesis El sistema estará en capacidad de comprobar que el taxímetro esté registrando las unidades requeridas, basándose en el tiempo y/o el recorrido de los rodillos. Mostrando el resultado en una pantalla LCD. Variables Independientes. Diámetro de la rueda: Debido a que el diámetro de la rueda no es el mismo por las variaciones que se tienen en el mercado, el sensor cambiará la frecuencia en el tren de pulsos y afectará el resultado. Tipo de tracción: Como ya se ha dicho existe un pequeño porcentaje de taxis con tracción trasera (cercano al 3%) esto cambiaría la forma de ubicación del sistema Desgaste mecánico: debido a que algunos componentes mecánicos se gastan por el trabajo del dispositivo esto puede llevar a medidas erróneas, por consiguiente la exactitud del sistema depende exclusivamente del buen mantenimiento de las piezas implicadas. Presión de inflado: Si la llanta del taxi a evaluar no posee la presión adecuada alteraría negativamente los resultados.

Variab Correcdel taqueda obtenepuede pruebaVelocidetermvelocireconosensor

Para ise opprinciprama denomy la tecentra

Figura

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Unidad central: Reúne los resultados de los subconjuntos; Modulo de Recepción y Estructura Mecánica, lo constituye: una conexión para alimentación del sistema, nueve pulsadores, puente rectificador, regulador de voltaje, dos terminales de datos, un interruptor, una LCD y un microcontrolador.

Figura 3. Unidad central

3. ANÁLISIS DE RESULTADOS El sistema respondió satisfactoriamente a las expectativas que se tenían desde un inicio, la de crear un sistema que fuera confiable, estable, preciso y además de esto que fuese del agrado de los directamente beneficiados por el objetivo del sistema. A la hora de la puesta en marcha del sistema (pruebas de verificación), la estructura mecánica no presento complicaciones que afectasen el funcionamiento grupal del sistema, por otro lado el sistema electrónico cumplió con cabalidad los procesos de envío, recepción y manipulación de datos y/o señales.

4. CONCLUSIONES Al diseñar el receptor se tuvo como modelo las referencias de los displays más comerciales y/o utilizados entre los taxímetros; de esta manera se logró ubicar los sensores uniformemente a lo largo del taxímetro.

Al diseñar un circuito impreso para los sensores se evito un desorden en lo concerniente a conexiones. La llegada de información a la unidad central se realizó distribuyendo 22 conectores en doble fila, de no haber realizado los conectores en doble fila no se hubiese utilizado un bus de datos normalizado. Al realizar el montaje final entre receptor y unidad central de procesos se simplificó la comunicación de datos utilizando el protocolo de la USART, facilitando y ahorrando elementos de conexión (cables); como también la supervisión permanente de las uniones. En el proceso de cálculo realizado a la estructura se observó que no siempre un perfil de ala más ancha no garantiza mayor resistencia, por lo contrario, un perfil con menor anchura y con más espesor de ala da como resultado mayor seguridad y menor peso. Para una garantía total de concentridad entre el eje macizo y el eje hueco se optó por dejar el eje pasante, siendo consientes de que la sección del eje macizo dentro del eje hueco no aporta ningún trabajo significativo al sistema.

5. BIBLIOGRAFÍA BOYLESTAD, Robert y NASHELSKY, Louis. Electrónica: teoría de los circuitos y dispositivos electrónicos. México : Prentice Hall, Octava edición, 2003, p. 906. DISEÑO EN INGENIERÍA MECÁNICA, Joseph e. Shigley y Charles R. Mischke. Mecánica: ecuaciones de singularidad. México: Mc Graw Hill, sexta edición, 2002, p.1192. DISEÑO DE MÁQUINAS, A.S. Hall Hollowenco. Mecánica: ejes, vigas curvas, Mc Graw Hill, 1ª edición, p.113, 26.

MECÁNICA DE MATERIALES, Ferdinand P. Beer, E. Rusell Johnston, Jr y John T. Dewolf. Mecánica: Esfuerzo y deformación y análisis y diseño de vigas para flexión. Mexico : Mc Graw Hill, tercera edición, 2004, p. 70 – 82.

MICROCONTROLADOR PIC 16F84, Enrique Palacios, Fernando Ramiro y Lucas López. Micro controlador 16F84: programación. México : Mc Graw Hill, Alfaomega, 2004, p 30 – 42.

TARIFAS REGULATORIAS

http://www.transitobogota.gov.co/categoria.asp?cat_id=212, 9/22/2008,

SECRETARIA DE MOVILIDAD - Bogotá D.C, título

Bogotá en Taxi.

TORSIÓN http://es.wikipedia.org/wiki/Torsi%C3%B3n_%28ingenier%C3%ADa%29 APUNTES DE CLASE, Ricardo Rios, Diseño de Máquinas, 2006.

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