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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE POTENCIA NEUMÁTICO PARA ACOPLARLO A UNA BICICLETA COMERCIAL

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO

JAIME VINICIO MOLINA OSEJOS [email protected]

HUGO ALEJANDRO SALAZAR REYES [email protected]

DIRECTOR: ING. FERNANDO JÁCOME

Quito, junio del 2009

i

DECLARACIÓN

Nosotros, JAIME VINICIO MOLINA OSEJOS y HUGO ALEJANDRO SALAZAR

REYES, declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra

autoría, que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación

profesional, que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluye en

este documento.

A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad

intelectual correspondiente a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo

establecido por la ley de propiedad intelectual, por su reglamento y por la

normatividad institucional vigente.

___________________________________ __________________________________

Jaime Vinicio Molina Osejos Hugo Alejandro Salazar Reyes

ii

Certifico que bajo mi dirección

la presente tesis fue realizada en su

totalidad por los señores:

JAIME VINICIO MOLINA OSEJOS

HUGO ALEJANDRO SALAZAR REYES

________________________________

Ing. Fernando Jácome

Director de Tesis

iii

Agradecimiento

R A mi Dios por darme la sabiduría y la

salud para terminar con éxito mis

estudios.

R A mis padres por haberme ayudado moral

y económicamente durante mi vida

estudiantil.

R Al Ing. Fernando Jácome por la ayuda

brindada en la realización del presente

proyecto.

R A la empresa FAROLMEC por creer en

nosotros y financiar el proyecto.

Jaime

iv

Agradecimiento

R A Dios por guiar mis pasos cada día.

R A mis padres por ser el pilar fundamental

de mi desarrollo.

R Al Ing. Fernando Jácome por la ayuda

brindada en la realización del presente

proyecto.

R A la empresa FAROLMEC por creer en

nosotros y financiar el proyecto.

Alejandro

v

Dedicatoria

A mi familia por su continuo

apoyo, confianza y cariño.

Jaime

vi

Dedicatoria

A mis padres por creer en mí.

Alejandro

vii

INDICE GENERAL CONTENIDO PÁGINA

CAPITULO I ........................................ ........................................................................ 1

1 GENERALIDADES ..................................... ......................................................... 1

1.1 DESCRIPCIÓN GENERAL ...................................................................................... 1

1.1.1 Ventajas .................................................................................................... 1

1.1.2 Desventajas ............................................................................................... 2

CAPITULO II ....................................... ........................................................................ 3

2 MARCO TEÓRICO .............................................................................................. 3

2.1.1 Aire ............................................................................................................ 3

2.1.2 Vapor de Agua........................................................................................... 3

2.2 CILINDROS NEUMÁTICOS ..................................................................................... 3

2.2.1 Tipos de Cilindros Neumáticos .................................................................. 4

2.3 VÁLVULAS NEUMÁTICAS....................................................................................... 8

2.3.1 Válvulas Por su Función ............................................................................ 9

2.3.2 Válvulas Por su Forma de Acondicionamiento ........................................ 15

2.4 TUBERÍA ........................................................................................................... 16

2.4.1. Montaje de Tuberías Flexibles ................................................................. 17

2.5 UNIONES Y ACCESORIOS NEUMÁTICOS ............................................................... 18

2.5.1 Adaptadores ............................................................................................ 18

2.5.2 Uniones ................................................................................................... 19

2.5.3 Codos ...................................................................................................... 19

2.5.4 Tes .......................................................................................................... 20

2.5.5 Uniones para Tubería Flexible ................................................................ 21

2.5.6 Silenciadores ........................................................................................... 21

2.6 MANÓMETROS .................................................................................................. 22

2.7 COMPRESORES DE AIRE .................................................................................... 22

2.7.1 Tipos de Compresores ............................................................................ 22

viii

2.8 TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE AIRE COMPRIMIDO ......................................... 23

CAPITULO III ...................................... ...................................................................... 25

3 PREFACTIBILIDAD ................................... ........................................................ 25

3.1 ESTUDIO DE MERCADO ..................................................................................... 25

3.1.1 Elaboración de las Encuestas ................................................................. 25

3.1.2 Procesamiento de datos Obtenidos en las Encuestas ............................ 27

3.1.3 Análisis de Resultados ............................................................................ 31

3.2 RESTRICCIONES DEL MEDIO ............................................................................... 33

3.2.1 Económicas ............................................................................................. 33

3.2.2 Tecnológicas ........................................................................................... 33

3.3 ESPECIFICACIONES DEL EQUIPO ......................................................................... 33

CAPÍTULO IV ....................................... ..................................................................... 34

4 FACTIBILIDAD ...................................... ............................................................ 34

4.1 ESTUDIO DE ALTERNATIVAS MECÁNICAS .............................................................. 34

4.1.1 Primera Alternativa .................................................................................. 34

4.1.2 Segunda Alternativa ................................................................................ 38

4.1.3 Tercera alternativa ................................................................................... 41

4.2 SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA MECÁNICA ......................................................... 43

4.2.1 Codificación ............................................................................................. 44

4.2.2 Factores de Selección ............................................................................. 44

4.3 ESTUDIO DE LAS ALTERNATIVAS NEUMÁTICAS ..................................................... 47

4.3.1 Primera Alternativa .................................................................................. 47

4.3.2 Segunda Alternativa ................................................................................ 50

4.4 SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA NEUMÁTICA ....................................................... 54

4.4.1 Codificación ............................................................................................. 54

4.4.2 Factores de Selección ............................................................................. 54

4.5 DISEÑO DE LA ALTERNATIVA MECÁNICA .............................................................. 57

4.5.1 Nomenclatura .......................................................................................... 57

4.5.2 Tanque – Abrazaderas ............................................................................ 58

ix

4.5.3 Soporte Vertical de la abrazadera delantera ........................................... 67

4.5.4 Soporte Horizontal de los Acumuladores ................................................ 69

4.5.5 Cálculo del Brazo de Sujeción del Pistón ................................................ 71

4.6 ANÁLISIS DE FALLA ESTÁTICA (TEORÍA DEL MOMENTO MÁXIMO) ........................... 78

4.6.1 Nomenclatura .......................................................................................... 78

4.6.2 Abrazadera Trasera ................................................................................. 78

4.6.3 Soporte Horizontal ................................................................................... 81

4.6.4 Brazo de Sujeción del Pistón ................................................................... 82

4.6.5 Cálculo de las Placas para las Charnelas ............................................... 87

4.6.6 Cálculo del pasador de las Charnelas ..................................................... 89

4.7 ANÁLISIS DE FATIGA ........................................................................................... 91

4.7.1 Nomenclatura .......................................................................................... 91

4.7.2 Abrazadera Delantera ............................................................................. 91

4.7.3 Abrazadera Trasera ................................................................................. 95

4.7.4 Soporte Vertical ..................................................................................... 102

4.7.5 Soporte Horizontal ................................................................................. 105

4.7.6 Brazo de Sujeción del Pistón ................................................................. 109

4.7.7 Placas Base de las Charnelas ............................................................... 113

4.7.8 Cálculo de los pasadores de las Charnelas .......................................... 116

4.8 MODELO MATEMÁTICO ............................................................................. 120

4.9 CÁLCULO DE LA ALTERNATIVA NEUMÁTICA ......................................................... 126

4.9.1 Cálculo de los Cilindros Neumáticos ..................................................... 126

4.9.2 Cálculo del Acumulador ......................................................................... 132

4.9.3 Cálculo Para la construcción del Acumulador ....................................... 133

4.9.4 Cálculo del Peso de los Acumuladores ................................................. 137

4.9.5 Relación de Torque y Transmisión para las Diferentes Combinaciones de

las Catalinas Impulsadoras e Impulsadas ........................................................ 139

x

CAPÍTULO V ........................................ ................................................................... 149

5 ESTUDIO ECONÓMICO .................................................................................. 149

5.1 PRESUPUESTO PARA LA BICICLETA ................................................................... 149

5.2 ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS ..................................................................... 150

5.3 ANÁLISIS ECONÓMICO PARA LA ADQUISICIÓN DE UN COMPRESOR DE ALTA PRESIÓN

158

5.3.1 Simbología ............................................................................................ 159

5.3.2 Formulario Económico ........................................................................... 159

5.3.3 Análisis de Punto de Equilibrio .............................................................. 161

CAPITULO VI ....................................... ................................................................... 164

6 PROTOCOLO DE PRUEBAS .............................. ............................................ 164

6.1 PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA LA BICICLETA IMPULSADA POR AIRE COMPRIMIDO 164

6.1.1 Materiales utilizados .............................................................................. 164

6.1.2 Datos de Condiciones Ambientales ....................................................... 164

6.1.3 Datos del Equipo ................................................................................... 165

6.1.4 Datos del Combustible .......................................................................... 165

6.1.5 Datos Obtenidos en la Prueba............................................................... 166

6.1.6 Cálculos ................................................................................................. 167

6.2 PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA UNA MOTOCICLETA A GASOLINA ........................ 168

6.2.1 Medición de la Condición Ambiental ...................................................... 168

6.2.2 Datos del Equipo ................................................................................... 169

6.2.3 Datos de Combustible ........................................................................... 169

6.2.4 Datos Obtenidos de la Prueba............................................................... 170

6.2.5 Cálculos ................................................................................................. 171

6.3 COMPARACIÓN ECONÓMICA ENTRE LA MOTOCICLETA Y LA BICICLETA NEUMÁTICA 172

6.3.1 motocicleta de 125 cc (4 tiempos) ......................................................... 172

6.3.2 Bicicleta Neumática ............................................................................... 173

6.4 PROYECCIÓN DE LOS COSTOS .......................................................................... 174

6.4.1 Motocicleta ............................................................................................ 174

xi

6.4.2 bicicleta neumática ................................................................................ 175

CAPITULO 7 ........................................ ................................................................... 178

7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................... ............................... 178

7.1 CONCLUSIONES ......................................................................................... 178

7.2 RECOMENDACIONES ................................................................................. 179

BIBLIOGRAFÍA ...................................... ................................................................ 180

ANEXOS ................................................................................................................. 181

xii

INDICE GRÁFICO PÁGINA Capítulo II

Gráfico 2.1. Partes del Cilindro Neumático 4

Gráfico 2.2. Cilindro Neumático de Simple Efecto Normalmente en

Retracción 5

Gráfico 2.3. Cilindro Neumático de Simple Efecto Normalmente en

Expansión 5

Gráfica 2.4. Movimiento del Aire en un cilindro neumático 6

Gráfico 2.5. Cilindro de Movimiento angular 7

Gráfico 2.6. Cilindro Neumático de doble vástago 8

Gráfico 2.7. Representación de una válvula neumática 10

Gráfico 2.8. Representación de la simbología neumática 10

Gráfico 2.9. Válvula de Tres Vías y Dos Posiciones 11

Gráfico 2.10. Representación de Válvula Cinco Vías y Dos Posiciones 12

Gráfico 2.11. Válvula de Control de Presión 13

Gráfico 2.12. Mando Manual 15

Gráfico 2.13. Mando Mecánico 16

Gráfico 2.14. Montaje de Tuberías Flexibles 18

Gráfico 2.15. Adaptadores 18

Gráfico 2.16. Uniones 19

Gráfico 2.17. Codos 20

Gráfico 2.18. Tes 20

Gráfico 2.19. Tes desiguales 21

Gráfico 2.20. Racores 22

Capítulo III

Gráfico 3.1. Pregunta 1 28



xiii



Gráfico 3.6. Instalación de sistema de propulsión 30




Capítulo IV

Gráfico 4.1. Vista Isométrica de la Alternativa1 37

Gráfico 4.2. Vista lateral de la Alternativa 1 37

Gráfico 4.3. Sistema Mecánico – Neumático de Propulsión 38

Gráfico 4.4. Sistema Mecánico – Neumático de Propulsión 38

Gráfico 4.5. Vista Isométrica de la Alternativa 2 40

Gráfico 4.6. Vista Frontal de la Alternativa 2 40

Gráfico 4.7. Sistema de Propulsión Mecánico – Neumático (Resorte

estirado) 41

Gráfico 4.8. Sistema de Propulsión Mecánico – Neumático (Resorte en

estado natural) 41

Gráfico 4.9. Vista Isométrica de la Alternativa 3 43

Gráfico 4.10. Vista Frontal de la Alternativa 3 43

Gráfico 4.11. Sistema de Propulsión Mecánico – Neumático 44

Gráfico 4.12. Circuito Neumático Alternativa 1 49

Gráfico 4.13. Alimentación de Aire Comprimido Alternativa 1 49

Gráfico 4.14. Funcionamiento del Circuito Neumático 50

Gráfico 4.15. Circuito Neumático 52

Gráfico 4.16. Alimentación de Aire Comprimido 52

Gráfico 4.17. Calibración de la Válvula Reguladora de Flujo 53

Gráfico 4.18. Funcionamiento del Circuito Neumático 54

Gráfico 4.19. D.C.L tanque – abrazadera 59

Gráfico 4.20. D.C.L tanque – abrazadera (Corregido) 60

xiv

Gráfico 4.21. D.C.L. abrazadera delantera 60

Gráfico 4.22. D.C.L. abrazadera trasera 63

Gráfico 4.23. D.C.L. Tramo RH – O 64

Gráfico 4.24. D.C.L. tramo O – RD 66

Gráfico 4.25. D.C.L. Soporte vertical 68

Gráfico 4.26. D.C.L. Soporte horizontal 70

Gráfico 4.27. D.C.L. Brazo de Sujeción 73

Gráfico 4.28. D.C.L. Brazo de Sujeción 74

Gráfico 4.29. D.C.L. Tramo U – O 75

Gráfico 4.30. D.C.L. Tramo U – O (corregido) 75

Gráfico 4.31. D.C.L. Tramo O – f 77

Gráfico 4.32. D.C.L. Abrazadera trasera 79

Gráfico 4.33. Diagrama de corte 80

Gráfico 4.34. Diagrama de Momento flector 80

Gráfico 4.35. Corte de perfil para el momento de inercia 81

Gráfico 4.36. D.C.L. Soporte Horizontal junto con las jotas 82

Gráfico 4.37. Diagrama de Corte 82


Gráfico 4.39. Brazo de Sujeción del Pistón 83



Gráfico 4.42. Brazo de Sujeción del Pistón (eje x-z) 85



Gráfico 4.45. D.C.L. de la Charnela macho 88

Gráfico 4.46. D.C.L Pasador 90



Gráfico 4.49. Corte del perfil 93

Gráfico 4.50. Oreja de la abrazadera delantera 93

xv

Gráfico 4.51. Esfuerzos Fluctuantes 95

Gráfico 4.52. Diagrama de Goodman 95

Gráfico 4.53. Gráfico de la Abrazadera Trasera 96


Gráfico 4.55. Oreja de la abrazadera trasera 98






Gráfico 4.61. Oreja de la Abrazadera delantera 104



Gráfico 4.64. D.C.L. del Soporte Horizontal 106


Gráfico 4.66. Agujero del Soporte horizontal 107



Gráfico 4.69. Gráfico del brazo de sujeción del Pistón 110


Gráfico 4.71. Agujero del brazo de soporte del Pistón 111

Gráfico 4.72. Esfuerzos Alternantes con Inversión Completa 113


Gráfico 4.74. D.C.L. de la placa base de charnela 114


Gráfico 4.76. División de la placa base de Charnela 115

Gráfico 4.77. Esfuerzos alternantes 116


Gráfico 4.79. D.C.L Pasador 117

Gráfico 4.80. Sección del pasador 118

xvi

Gráfico 4.81. Esfuerzos Alternantes con Inversión Completa 119

Gráfico 4.82. Diagrama de Goodman

120

Capítulo V

Gráfico 5.1. Punto de Equilibrio

163

Capítulo VI

Gráfico 6.1. Comparación Económica entre la Motocicleta y la Bicicleta

Neumática 177

xvii

INDICE DE TABLAS PÁGINA

Capítulo III

Tabla 3.1. Especificaciones del Equipo 34

Capítulo IV

Tabla 4.1. Selección de la alternativa 46

Tabla 4.2. Factores y Ponderaciones 46

Tabla 4.3. Ponderación 47

Tabla 4.4. Matriz de selección 47

Tabla 4.5. Solución de la matriz 47

Tabla 4.6. Selección de la alternativa Neumática 56

Tabla 4.7. Factores y Ponderaciones 56

Tabla 4.8. Ponderación 57

Tabla 4.9. Matriz de Selección 57

Tabla 4.10. Solución de la Matriz 57

Tabla 4.11. Selección de perfiles 120

Tabla 4.12. Para Obtención de Fuerza del Cilindro Neumático con

Presión de 100 Psi 128







Tabla 4.16. Selección del Cilindro Neumático (CONSUMO DE AIRE en

pies cúbicos por pulgada de carrera) 130

Tabla 4.17. Selección del Cilindro Neumático (Para una presión de

trabajo de 100 psi se escoge cilindro de 30 mm de diámetro) 130

Tabla 4.18. Selección del Cilindro Neumático (Para una presión de 131

xviii

trabajo de 80 psi se escoge cilindro de 32 mm de diámetro)





Tabla 4.21. Capacidad Útil de Tanque Dependiendo del Diámetro 135

Tabla 4.22. Espesor del Material para la Construcción de Acumulador de

Acero 135

Tabla 4.23. Espesor del Acumulador de Diámetro de 150 mm 135

Tabla 4.24. Espesor del Acumulador de Diámetro de 200 mm 136

Tabla 4.25. Espesor del Acumulador de Diámetro de 250 136


Tabla 4.27. Peso del tanque 138

Tabla 4.28. Fuerza Necesaria del Cilindro Neumático 143

Tabla 4.29. Relaciones de Torque y de Transmisión 144

Tabla 4.30. Distancia Recorrida (Considerando sin inercia y relación

favorable a la fuerza necesaria) 147

Tabla 4.31. Distancia Recorrida (Considerando sin inercia y relación

favorable a la distancia recorrida) 148

Capítulo V

Tabla 5.1. Presupuesto 149

Tabla 5.2. Costos de la Compra de la Bicicleta 150

Tabla 5.3. Costo en Elementos de Inmovilización de Ejes 151

Tabla 5.4. Costos de Elementos de Sujeción 152

Tabla 5.5. Costos en la Adquisición de Gases y Aire 153

Tabla 5.6. Costos de los Elementos Neumáticos 154

Tabla 5.7. Costos de los Cilindros Neumáticos 155

Tabla 5.8. Costos de los Elementos de Suministro de Aire 156

Tabla 5.9. Costos de Ensamblaje 157

xix

Tabla 5.10. Costo del Compresor 158

Tabla 5.11. Datos Técnicos del Compresor 158

Tabla. 5.12. Costo de Mantenimiento del Compresor 161

Tabla 5.13. Depreciación Económicamente Activa 161

Tabla 5.14. Información técnica para el llenado de acumuladores de 1 m3 161

Tabla 5.15. Punto de Equilibrio para compresor de alta 162

Capítulo VI

Tabla 6.1. Condición Ambiental 164

Tabla 6.2. Datos Técnicos 165

Tabla 6.3. Costos del equipo 165

Tabla 6.4. Composición Química y Costo 165

Tabla 6.5 Proyección del Costos del Aire comprimido 166

Tabla 6.6 Datos de Funcionamiento 166

Tabla 6.7. Contaminación de Gases 166

Tabla 6.8. Niveles de Ruido 166

Tabla 6.9. Datos 167

Tabla 6.10. Resultados 168

Tabla 6.11. Condición Ambiental 168

Tabla 6.12. Datos Técnicos de la Moto 169

Tabla 6.13. Datos Técnicos de la Gasolina 169

Tabla 6.14. Historial del Precio de la Gasolina 170

Tabla 6.15. Información de Funcionamiento 170

Tabla 6.16. Emanación de Gases Tóxicos 170

Tabla 6.17. Emisión de Ruido 170

Tabla 6.18. Datos Obtenidos en la prueba 171

Tabla 6.19. Resultados 172

Tabla 6.20. Costo de una Motocicleta de 125 cc 172

Tabla 6.21. Costos Operacionales de la Motocicleta 172

Tabla 6.22. Costos para la Legalización de la Motocicleta 172

xx

Tabla 6.23. Vida útil de la Motocicleta 173

Tabla 6.24. Costo de la bicicleta neumática 173

Tabla 6.25. Costos Operacionales de la bicicleta neumática 173

Tabla 6.26. Costos de legalización de la bicicleta neumática 173

Tabla 6.27. Vida útil de la bicicleta neumática 173

Tabla 6.28. Cálculo del VAN de la Motocicleta de la 125 cc 174

Tabla 6.29. Cálculo del VAN de la bicicleta neumática 175

Tabla 6.30. Cálculo del VAN en valor actual (bicicleta neumática) 176

Tabla 6.31. Cálculo del VAN en valor actual (motocicleta) 176

xxi

INDICE DE ANEXOS Anexo AI “Elaboración de Encuestas”

Anexo AII “Presentación de Resultados de las Encuestas Realizados”

Anexo B “Simulación de la Energía del Aire Comprimido Por Unidad de Masa”

Anexo C “Norma y Simbología Neumática”

Anexo D “Fotografías del Prototipo”

Anexo E “Hojas de Procesos”

Anexo F “Planos de la Bicicleta Neumática”

Anexo G “Planos de Montaje de la Bicicleta Neumática”

xxii

RESUMEN El presente proyecto es el diseño y construcción de un sistema de potencia que

funciona utilizando la energía del aire comprimido, el cuál será instalado en una

bicicleta convencional.

El propósito de esta bicicleta propulsada por aire comprimido es: facilitar el transporte

de las personas, reducir la congestión en las ciudades densamente pobladas (como

lo es el Distrito metropolitano de Quito), disminuir los niveles de contaminación.

La bicicleta consta de dos acumuladores de 1 m3 cada uno, los cuales distribuyen el

fluido al circuito neumático, el cual está conformado por una válvula tres-dos de

accionamiento manual, un regulador de flujo unidireccional y una válvula cinco-dos

de palanca.

El aire comprimido llega hasta los dos cilindros neumáticos, los mismos que están

acoplados a los pedales de la bicicleta.

La bicicleta neumática prototipo así construida cumple con los objetivos y

expectativas planteadas respecto a su funcionamiento, transportando a los usuarios

de un lugar a otro es forma segura.

El proyecto concluye con un análisis económico del precio del aire comprimido en

caso de adquirir un compresor de alta presión, y la comparación económica entre la

bicicleta neumática y una motocicleta a gasolina de 125 centímetros cúbicos.

xxiii

PRESENTACIÓN No se puede decir que la utilización del aire comprimido como fuente de energía y

locomotriz sea una tecnología de reciente aparición. En realidad, a finales del siglo

XIX ya existían prototipos propulsados por aire comprimido en lo que a

transportación pública se refiere.

En la actualidad se está buscando otras alternativas de energía, por lo cual la

utilización de aire comprimido para impulsar vehículos es una idea valedera.

Este tipo de proyectos no han sido desarrollados en el país, no se realizan

investigaciones por parte de las universidades que son las llamadas a llevar cabo

este tipo de proyectos, mucho menos lo hace la empresa privada.

La bicicleta propulsada por aire comprimido propuesta en este proyecto tiene la

finalidad de contribuir con la disminución de la contaminación ambiental e impulsar

una nueva forma de transportación y de energía en el país.

1

CAPITULO I

1 GENERALIDADES

1.1 DESCRIPCIÓN GENERAL

La bicicleta está conformada por dos tanques de almacenamiento llenos de aire

comprimido a alta presión, el cual será utilizado como la energía de propulsión.

El circuito neumático cuenta con válvulas y accesorios que sincronizarán la acción

de los cilindros neumáticos, los cuales estarán acoplados al sistema de

desplazamiento.

1.1.1 VENTAJAS

• El sistema neumático no es contaminante, ya que su fuente de

energía es el aire comprimido.

• El aire es abundante, transportable, almacenable.

• Se puede deshacer o reciclar los depósitos de aire comprimido con

menos contaminación que las baterías.

• El tanque puede ser de ser llenado más rápido que recargar una

batería.

• El aire no es inflamable, y por tanto es menos peligroso que el

hidrógeno, la gasolina, el diesel.

2

1.1.2 DESVENTAJAS

• A altas presiones la adquisición de aire comprimido resulta costoso.

• Los acumuladores de alta presión resultan ser muy pesados, lo que

dificulta su transporte.

• Si el aire comprimido no es debidamente tratado antes de ser

utilizado puede causar graves daños en las máquinas y

herramientas neumáticas.

3

CAPITULO II

2 MARCO TEÓRICO

2.1. AIRE COMPRIMIDO

2.1.1 AIRE

El aire es un fluido, el cual se encuentra en la naturaleza en forma de gas, por esta

razón el aire puede ser adquirido con mucha facilidad y gracias a sus propiedades

físicas puede ser comprimido.

Un inconveniente del aire es que lleva consigo impurezas como polvo atmosférico y

humedad, estas impurezas son perjudiciales para los elementos y dispositivos

neumáticos, por lo que deben ser controladas adecuadamente.

2.1.2 VAPOR DE AGUA

El vapor de agua es una fase en la que interactúan dos estados vapor y líquido,

estas coexisten en equilibrio.

La presencia de vapor de agua en el proceso de compresión de aire es inevitable,

debido a las condiciones de presión y temperatura existentes en los tanques de

almacenamiento, por esta razón se debe someter el aire comprimido a un proceso de

secado antes de ser utilizado.

2.2 CILINDROS NEUMÁTICOS

Un cilindro neumático es un elemento que realiza movimientos rectilíneos,

transforma la energía del aire comprimido en energía mecánica, producida por la

presión del fluido que actúa sobre la superficie del embolo del cilindro.

Un cilindro neumático cuenta con las siguientes partes principales:

1. Émbolo.

2. Tubo cerrado.

3. Vástago.

4. Tapa delantera.

5. Tapa trasera.

6. Cámara positiva.- Es la carrera de avance.

7. Cámara negativa.- Es la que se encuentra en

Gráfico 2.1.

2.2.1 TIPOS DE CILINDROS N

En el mercado existen un sin número de cilindros

conocidos se encuentran los siguientes:

• Cilindros de simple efecto.

• Cilindros de doble efecto.

• Cilindro de movimiento angular.

• Cilindros telescópicos.

• Cilindro de membrana.

• Cilindros gemelos o de doble vástago.

• Cilindros tándem y triples.

• Cilindros alternativos.

• Cilindro de impacto.

Es la carrera de avance.

Es la que se encuentra en la carrera de retroceso.

Gráfico 2.1. Partes del Cilindro Neumático

TIPOS DE CILINDROS NEUMÁTICOS

xisten un sin número de cilindros neumáticos, entre los más

conocidos se encuentran los siguientes:

Cilindros de simple efecto.

doble efecto.

Cilindro de movimiento angular.

Cilindros telescópicos.

Cilindro de membrana.

Cilindros gemelos o de doble vástago.

Cilindros tándem y triples.

Cilindros alternativos.

4

la carrera de retroceso.

neumáticos, entre los más

2.2.1.1 Cilindro de Simple Efecto

En este tipo de cilindros la presión del aire comprimido sobre la superficie se realiza

en un solo sentido, para que el cilindro regrese a su posición inicial necesita la acción

de otra fuerza, ya sea su propio peso

Estos cilindros se dividen en:

• Normalmente en retracción.

• Normalmente en extensión.

2.2.1.1.1 Normalmente en Retracción

La carrera útil de este tipo de cilindro se produce al la salida o extensión del vástago.

Gráfico 2.2. Cilindro Neumático de Simple Efecto No rmalmente en Retracción

2.2.1.1.2 Normalmente en Expansión

Este en cambio se utiliza para halar, es decir la carrera útil es de retracción.

Gráfico 2.3. Cilindro Neumático de Simple Efecto Normalmente en Expansión

imple Efecto

la presión del aire comprimido sobre la superficie se realiza


ya sea su propio peso o la fuerza de un muelle interno.

Estos cilindros se dividen en:

Normalmente en retracción.

Normalmente en extensión.

Normalmente en Retracción



Normalmente en Expansión


Cilindro Neumático de Simple Efecto Normalmente en Expansión

5

la presión del aire comprimido sobre la superficie se realiza


de un muelle interno.




Cilindro Neumático de Simple Efecto Normalmente en Expansión

2.2.1.2. Cilindro de Doble Efecto

El cilindro cuenta con dos lumbreras la

decir, por una de ellas ingresa el aire comprimido, éste

mientras que por la otra lumbrera escapará el aire facilitando

deslice.

Gráfica 2.4. Movimiento del Aire en un

2.2.1.3. Cilindro de Movimiento Angular

El cilindro de movimiento angular transforma

producido por la acción del aire comprimido

Los ángulos de giro más utilizados

El ángulo de rotación depende de la longitud de carrera.

La transformación del movimiento lineal a rotacional puede ser e

siguientes maneras:

• Por un conjunto de piñón y cremallera.

• Por una cadena.

• Por una rosca.

2.2.1.2. Cilindro de Doble Efecto

El cilindro cuenta con dos lumbreras las cuales trabajan de manera alternada, es

ingresa el aire comprimido, éste desplazará el émbolo,

lumbrera escapará el aire facilitando que

Gráfica 2.4. Movimiento del Aire en un cilindro neumático

2.2.1.3. Cilindro de Movimiento Angular

El cilindro de movimiento angular transforma el desplazamiento lineal del émbolo

producido por la acción del aire comprimido, en un movimiento de rotación

los de giro más utilizados son de 120º, 180º, 270º y 360º.

El ángulo de rotación depende de la longitud de carrera.

La transformación del movimiento lineal a rotacional puede ser efectuada de las

Por un conjunto de piñón y cremallera.

6

nera alternada, es

desplazará el émbolo,

que el émbolo se

cilindro neumático

el desplazamiento lineal del émbolo,

movimiento de rotación.

fectuada de las

Gráfico 2.5. Cilindro de Movimiento angular

2.2.1.4. Cilindros Telescópicos

Estos cilindros están formados

actúan cada uno como si se tratase de cilindros individuales y cada uno calza

exactamente dentro del diámetro inmediato superior. Por su complejidad este tipo de

cilindros resultan sumamente costosos por lo que no es muy común su uso.

2.2.1.5. Cilindro de Membrana

Está constituido de una membrana de goma dura, tensa que está situada entre dos

láminas metálicas curvadas (abombadas). El vástago como en lo

encuentra en medio del émbolo.

Debido a su constitución se trata de un cilindro muy sencillo, diseñado para

distancias muy cortas (hasta 50

aplicación es muy reducido.

2.2.1.6. Cilindros Gemelos o de Doble Vástago

Se trata de un cilindro que cuenta con dos vástagos del mismo diámetro, uno

opuesto al otro, los dos están acoplados al mismo émbolo. El cilindro tiene dos

lumbreras por donde ingresa o sale el aire comprimido dependiendo del sentido de

movimiento.

Gráfico 2.5. Cilindro de Movimiento angular

2.2.1.4. Cilindros Telescópicos

Estos cilindros están formados por dos o más cilindros de diámetros progresivos, que


dentro del diámetro inmediato superior. Por su complejidad este tipo de


2.2.1.5. Cilindro de Membrana


láminas metálicas curvadas (abombadas). El vástago como en los demás casos se

medio del émbolo.


distancias muy cortas (hasta 50 mm.), esta es la razón por la que su

aplicación es muy reducido.

2.2.1.6. Cilindros Gemelos o de Doble Vástago



onde ingresa o sale el aire comprimido dependiendo del sentido de

7

por dos o más cilindros de diámetros progresivos, que


dentro del diámetro inmediato superior. Por su complejidad este tipo de



s demás casos se


), esta es la razón por la que su campo de



onde ingresa o sale el aire comprimido dependiendo del sentido de

Gráfico 2.6. Cilindro Neumático de doble vástago

2.2.1.7. Cilindros tándem y triples

El vástago tiene dos émbolos

de este cilindro es que la fuerza que necesita para retor

que requiere al salir, lo cual permite ahorrar energía (cantidad de aire comprimido).

2.2.1.8. Cilindro Alternativo

Los cilindros alternativos no requieren de válvulas externas

conectar directamente a la línea de aire comprimido, pues lo

están incorporados en el cabezal del cilindro

Este tipo de cilindros son muy utilizados en la industria química y alimenticia.

2.2.1.9. Cilindros de Impacto

Los cilindros trabajan a choque utilizando la energía cinética desarroll

émbolo que desplaza al vástago a gran velocidad, esto se logra gracias a que la

presión va aumentando en el depósito hasta que el aire pasa rápidamente al cilindro.

El movimiento del cilindro puede dar como resultado que la fuerza de impacto sea

200 veces la de un cilindro normal a la misma presión, y puede alcanzar velocidades

de hasta 7(m/s).

2.3 VÁLVULAS NEUMÁTICAS

Las válvulas neumáticas son dispositivos que regulan la pres

del aire comprimido a través de los elementos neumáticos y tuberías (rígida o

flexible), por otra parte actúan como amplificadores o reductores de la potencia

neumática.

Gráfico 2.6. Cilindro Neumático de doble vástago

Cilindros tándem y triples

émbolos que duplican la fuerza de un cilindro normal, la ventaja

te cilindro es que la fuerza que necesita para retornar es mucho menor que la

requiere al salir, lo cual permite ahorrar energía (cantidad de aire comprimido).

2.2.1.8. Cilindro Alternativo

Los cilindros alternativos no requieren de válvulas externas, pues se pueden

conectar directamente a la línea de aire comprimido, pues los elementos de mando

están incorporados en el cabezal del cilindro.


2.2.1.9. Cilindros de Impacto

choque utilizando la energía cinética desarroll

l vástago a gran velocidad, esto se logra gracias a que la


iento del cilindro puede dar como resultado que la fuerza de impacto sea


VÁLVULAS NEUMÁTICAS

Las válvulas neumáticas son dispositivos que regulan la presión, caudal y dirección



8

que duplican la fuerza de un cilindro normal, la ventaja

nar es mucho menor que la

requiere al salir, lo cual permite ahorrar energía (cantidad de aire comprimido).

, pues se pueden

elementos de mando


choque utilizando la energía cinética desarrollada por el

l vástago a gran velocidad, esto se logra gracias a que la


iento del cilindro puede dar como resultado que la fuerza de impacto sea


ión, caudal y dirección



9

El tamaño de las válvulas se especifica por medio de las medidas de las lumbreras,

por ejemplo: la válvula de ½ in. tendrá lumbreras roscadas para conectarse

interiormente a un tubo de ½ in.

Las válvulas se clasifican por: su funcionalidad, la forma de accionamiento,

comportamiento aerodinámico y su construcción, aunque esta última es de menor

importancia.

Las válvulas por su función se dividen en:

• Válvulas de control direccional.

• Válvulas de control de presión.

• Válvulas de control de caudal.

• Válvulas de bloqueo.

• Válvulas de cierre.

La clasificación según su forma de acondicionamiento es la siguiente:

• Mando manual.

• Mando mecánico.

• Mando por solenoide.

• Pilotadas.

2.3.1 VÁLVULAS POR SU FUNCIÓN

2.3.1.1. Válvulas de Control Direccional

Las válvulas de control direccional permiten, que con un rápido movimiento se

interrumpa, desvíe o deje pasar el flujo de aire.

Las válvulas de control direccional se clasifican de la siguiente manera:

• Válvula de dos vías.

• Válvula de tres vías y dos posiciones.

• Válvula de cuatro vías y dos posiciones.

• Válvula de cinco vías y dos posiciones.

• Válvula de cuatro vías y tres posiciones.

2.3.1.1.1 Simbología

El símbolo de la válvula consta de un cuadrado en el que se señalan el número de

lumbreras y los pasos del fluido, la variación de cada una de las posiciones se indica

con un cuadro adyacente con los pasos correspondientes. La posición normal (no

accionada) se indica con una línea fuera del cuadrado, y el paso del fluido se señala

por medio de una flecha dentr

Gráfico 2.7. Representación de una válvula neumátic a

A la anterior simbología se añade

muestra a continuación:

P = Entrada de presión (admisión).

E = Escape.

A = Salida principal (primera salida)

B = Salida secundaria (segunda salida).

Nota: A la entrada de aire comprimido también se la representa con un círculo y un

punto en el centro, mientras que el empalme entre una salida y un conducto

(Tubería), se lo hace con un triángulo.

Gráfico 2.8. Representación de la simbología neumát ica

Nota: La norma se encuentra en el ANEXO C

V a r i a c i ó n d el a p o s i c i ó n

( 2 p o s i c i o n e s )

P o s i c i ó nd e l av á l v u l a


fluido, la variación de cada una de las posiciones se indica



por medio de una flecha dentro del cuadro, como se puede ver a continuación.


A la anterior simbología se añade un código de letras a las lumbreras, el cual se

P = Entrada de presión (admisión).

A = Salida principal (primera salida)

B = Salida secundaria (segunda salida).

A la entrada de aire comprimido también se la representa con un círculo y un


ace con un triángulo.


encuentra en el ANEXO C

F l u j od e

a i r ec o m p r i m i d o

V a r i a c i ó n d el a p o s i c i ó n

( 2 p o s i c i o n e s )

P o s i c i ó nd e l av á l v u l a

L u m b r e r a

10


fluido, la variación de cada una de las posiciones se indica



o del cuadro, como se puede ver a continuación.


un código de letras a las lumbreras, el cual se

A la entrada de aire comprimido también se la representa con un círculo y un



2.3.1.1.2 Válvula de Tres Vías y Dos P

La válvula cuenta con una lumbrera de entrada de aire y otra de salida,

adicionalmente tiene un tercer orificio para la descarga del fluido, a este se le conoce

como escape.

En la posición normalmente cerrada, la válvula interrumpe el suministro de aire (1),

mientras la salida (3) se conecta con la lumbrera (2) para que el flujo de aire pase

En la posición normalmente abierta, la lumbrera de escape (3) se bloquea, con lo

cual, la lumbrera de entrada (1) y la lumbrera 2 se conectan y dan paso al flujo de

aire.

Gráfico 2.9

2.3.1.1.3 Válvulas Cinco Vías y Dos

Consta de una lumbrera de entrada (1) y de dos salidas, una principal (2) y una

secundaria (4), para ser utilizadas con dos escapes o descargas (3 y 5)

respectivamente.

En la posición uno, el aire pasa por 1 hacia 4, mientras que la lumbrera 2

conectada con el escape 3.

En la segunda posición, la lumbrera de entrada de aire 1 se conecta con 2, mientras

4 se conecta con el escape 5.

Válvula de Tres Vías y Dos Posiciones


tiene un tercer orificio para la descarga del fluido, a este se le conoce


mientras la salida (3) se conecta con la lumbrera (2) para que el flujo de aire pase



Gráfico 2.9 . Válvula de Tres Vías y Dos Posiciones

Válvulas Cinco Vías y Dos Posiciones



En la posición uno, el aire pasa por 1 hacia 4, mientras que la lumbrera 2

conectada con el escape 3.


4 se conecta con el escape 5.

11


tiene un tercer orificio para la descarga del fluido, a este se le conoce


mientras la salida (3) se conecta con la lumbrera (2) para que el flujo de aire pase.





En la posición uno, el aire pasa por 1 hacia 4, mientras que la lumbrera 2 está


Gráfico 2.10 . Representación de Válvula Cinco Vías y Dos Posici ones

2.3.1.2 Válvulas de Control d

Estas válvulas, son utilizadas para limitar el nivel máximo

(válvula de seguridad).

La válvula está constituida de la siguiente la manera:

1. Mando regulador.

2. Muelle.

3. Diafragma de caucho.

4. Admisión de alta presión.

5. Descarga a presión reducid

6. Muelle de retorno.

7. Vástagos.

8. Arandela sintética en la caja metálica.

. Representación de Válvula Cinco Vías y Dos Posici ones

ol de Presión

válvulas, son utilizadas para limitar el nivel máximo de presión admisible.

La válvula está constituida de la siguiente la manera:

Diafragma de caucho.

Admisión de alta presión.

Descarga a presión reducida.

Arandela sintética en la caja metálica.

12

. Representación de Válvula Cinco Vías y Dos Posici ones

de presión admisible.

Gráfico 2.11

2.3.1.2.1 Funcionamiento

Cuando el muelle se encuentra comprimido la

presión.

Cuando la presión actúa en

diafragma supere la resistencia del muelle,

aire.

El muelle puede ser calibrado para reducir o aumentar la presión efectiva de salida.

Las válvulas de control de presión se clasifican de la siguiente manera:

• Válvulas de regulación de presión.

• Válvulas limitadoras de presión.

• Válvulas de secuencia.

Gráfico 2.11 . Válvula de Control de Presión

se encuentra comprimido la válvula se encuentra abierta

uando la presión actúa en el extremo de salida y esta fuerza ejercida en el

la resistencia del muelle, la válvula se abre y deja pasar el flujo de


presión se clasifican de la siguiente manera:

Válvulas de regulación de presión.

Válvulas limitadoras de presión.

Válvulas de secuencia.

13

abierta, no existe

el extremo de salida y esta fuerza ejercida en el

la válvula se abre y deja pasar el flujo de


presión se clasifican de la siguiente manera:

14

2.3.1.2.2 Válvulas de Regulación de Presión

Esta tiene como finalidad mantener la presión constante, sin importar las

fluctuaciones que se presenten en el sistema. En las válvulas reguladoras de

presión, la presión de entrada debe ser siempre superior a la de salida.

2.3.1.2.3 Válvulas Limitadoras de Presión

Estas válvulas no permiten que la presión en el sistema supere al valor máximo

admisible, al llegar a la presión máxima permitida, la salida se abre y deja escapar el

aire al exterior. Por esta razón son utilizadas como válvulas de seguridad.

2.3.1.3 Válvulas de Control de Caudal

Estas son válvulas de estrangulación o restricción, es decir controlan el flujo de aire

comprimido, tienen una gran versatilidad, ya que permite la regulación del aire en

ambos sentidos.

Estas válvulas se clasifican en:

• Válvulas de estrangulación constante.

• Válvulas de estrangulación variable.

• Válvulas de función combinada.

2.3.1.3.1 Válvulas de Estrangulación Constante

Las válvulas de control de caudal, de estrangulación constante se dividen en:

a. Válvulas de estrangulación

En este tipo de válvulas, la longitud del segmento de estrangulación es mayor

que su diámetro.

b. Válvula de restricción de Tubería

En esta válvula sucede todo lo contrario, es decir, que el tramo de

estrangulación es menor que su diámetro.

2.3.1.3.2 Válvulas de Estrangulación Variable

Este tipo de válvulas permite regular el caudal.

2.3.1.3.3 Válvulas de función Combin

Este tipo de válvulas combinan varias funciones,

y la función de no retorno, válvula de estrangulamiento con la retención

independiente, etc.

2.3.2 VÁLVULAS POR SU FORM

2.3.2.1 Mando Manual

Las válvulas de mando manual, se activan, al aplicar

Entre las más utilizadas tenemos: válvulas generales, pulsadores, palanca y pedal.

Estas válvulas son utilizadas en circuitos sencillos y con pocas repeticiones en el

ciclo.

Válvulas de función Combinada

mbinan varias funciones, por ejemplo: la función

retorno, válvula de estrangulamiento con la retención

VÁLVULAS POR SU FORM A DE ACONDICIONAMIENTO

Las válvulas de mando manual, se activan, al aplicar sobre ellas una fuerza humana



Gráfico 2.12. Mando Manual

15

la función de retención

retorno, válvula de estrangulamiento con la retención

sobre ellas una fuerza humana.



2.3.2.2 Mando Mecánico

Se activan al aplicar directamente sobre ellas un esfuerzo mecánico. Entre estas

tenemos: tipo leva, muelle y rodillo.

Estas válvulas se deben activar por medio de una máquina o mecanismo.

Gráfico 2.

A las válvulas mecánicas y manuales se las conoce también como válvulas

análogas.

2.3.2.3 Mando Neumático

Las válvulas de accionamiento neumático pueden ser activadas por la acción del aire

comprimido en ambos sentidos.

Las válvulas pueden ser act

sistema.

Estas se clasifican en:

a. Acondicionamiento Neumático directo.

directamente por la válvula.

b. Acondicionamiento Neumático Indirecto o por Pilotaj e.

entra a la válvula de servo pilotaje, la que activa el mando principal

2.4 TUBERÍA

La distribución del aire comprimido se la puede realizar por medio de tuberías, estas

pueden ser de goma, plástico o metal.


tenemos: tipo leva, muelle y rodillo.

n activar por medio de una máquina o mecanismo.

Gráfico 2. 13. Mando Mecánico



comprimido en ambos sentidos.

Las válvulas pueden ser activadas, por lo general, con una presión

Acondicionamiento Neumático directo. - Es decir que el flujo de aire circula

directamente por la válvula.

Acondicionamiento Neumático Indirecto o por Pilotaj e.-

entra a la válvula de servo pilotaje, la que activa el mando principal


pueden ser de goma, plástico o metal.

16


n activar por medio de una máquina o mecanismo.



menor a la del

Es decir que el flujo de aire circula

En esta el aire

entra a la válvula de servo pilotaje, la que activa el mando principal.


17

La tubería flexible (mangueras de goma y plástico), son utilizadas cuando a lo largo

de la instalación se requiera de varios cambios de dirección, como por ejemplo,

curvas, codos, tes. Pero se debe poner mucha atención a las recomendaciones del

fabricante, con respecto a las presiones que estas pueden soportar.

La tubería rígida, es utilizada cuando las presiones de trabajo son bajas.

Para elegir de forma correcta las tuberías se debe tener en cuenta los siguientes

parámetros:

• Presión de trabajo, nominal y máxima.

• Pérdidas de presión admisible.

• Variación de la presión de trabajo debido a oscilaciones.

• Temperatura de trabajo del aire comprimido y del medio ambiente.

• Esfuerzos externos sobre la conducción, como por ejemplo, torsiones,

vibraciones, etc.

• Distancia entre conexiones.

• Velocidad del aire comprimido.

• Caudal.

2.4.1. MONTAJE DE TUBERÍAS FLEXIBLES

Para evitar pérdidas innecesarias y alargar la vida de las tuberías se debe seguir los

siguientes pasos:

1. Evitar las curvas y codos de pequeños diámetros, pues originan pérdidas de

presión debido a las curvaturas y estrangulación.

2. Intentar que las distancias entre conexiones sean cortas.

3. No dejar que las tuberías estén sometidas a torsión ni completamente rectas.

4. Cuando la tubería es corta, las conexiones pueden estar sometidas a

esfuerzos transversales, esto traer graves problemas, como por ejemplo: la

disminución de la estanqueidad.

5. Es recomendable que la tubería cuelgue verticalmente, a que esté en posición

horizontal.

Gráfico 2.14

2.5 UNIONES Y ACCESORIOS

Los acoples y los terminales son dispositivos de fácil montaje y desmontaje q

permiten asegurar el paso de

neumáticos que conforman el circuito neumático.

2.5.1 ADAPTADORES

Los adaptadores son elementos que permiten

distinto diámetro.

En el mercado existen dos tipos de adaptadores: macho y hembra. El adaptador

macho es utilizado para conectar la tubería (rígida o flexible) con un cilindro o una

válvula, en cambio el adaptador hem

A d a p t a d o r M a c h o

Gráfico 2.14 . Montaje de Tuberías Flexibles

UNIONES Y ACCESORIOS NEUMÁTICOS

acoples y los terminales son dispositivos de fácil montaje y desmontaje q

permiten asegurar el paso de aire comprimido entre los diferentes elementos

neumáticos que conforman el circuito neumático.

Los adaptadores son elementos que permiten la unión entre extremos roscados de



válvula, en cambio el adaptador hembra se enrosca directamente con la tubería.

Gráfico 2.15. Adaptadores

A d a p t a d o r M a c h oA d a p t a d o r H e m b r a

18

acoples y los terminales son dispositivos de fácil montaje y desmontaje que

aire comprimido entre los diferentes elementos

la unión entre extremos roscados de



bra se enrosca directamente con la tubería.

A d a p t a d o r H e m b r a

2.5.2 UNIONES

Las uniones son utilizadas para acoplar tuberías del mismo diámetro.

Las uniones pueden ser:

a. Unión Pasa tabiques.

bloque o un panel, que son fijados por medio de una tuerca. Los extremos

pueden ser de doble macho o doble hembra.

Los pasa tabiques también son utilizados

b. Uniones Rectas. - Sirven para acoplar elementos neumáticos sin la necesidad

de utilizar tubería.

2.5.3 CODOS

Los codos son acoples rígidos de 45º y 90º. Estos son utilizados para evitar

curvaturas en la tubería, especialmente cuando estas son de grandes diámetros, y

cuando el espacio es limitado.

Sin embargo las pérdidas en este accesorio son mayores que

suave (curvatura de amplio radio) en la tubería.

U n i ó n R e c t a

Las uniones son utilizadas para acoplar tuberías del mismo diámetro.

Unión Pasa tabiques. - Son utilizadas para unir tuberías en los orificios de un

oque o un panel, que son fijados por medio de una tuerca. Los extremos

pueden ser de doble macho o doble hembra.

Los pasa tabiques también son utilizados para unir dos tuberías.

Sirven para acoplar elementos neumáticos sin la necesidad

Gráfico 2.16. Uniones



cuando el espacio es limitado.

Sin embargo las pérdidas en este accesorio son mayores que en

suave (curvatura de amplio radio) en la tubería.

Gráfico 2.17. Codos

U n i ó n P a s a T a b i q u e

19

Son utilizadas para unir tuberías en los orificios de un

oque o un panel, que son fijados por medio de una tuerca. Los extremos

para unir dos tuberías.

Sirven para acoplar elementos neumáticos sin la necesidad



en una curvatura

U n i ó n P a s a T a b i q u e

2.5.4 TES

Las tes permiten acoplar una tercera tubería a la línea de distribución de aire

comprimido.

Existen dos tipos de tes:

a. Tes Iguales.- Cuando las tres

mismo diámetro.

b. Tes desiguales. - Cuando dos de las tres


Cuando las tres lumbreras de este elemento neumático son del

Gráfico 2.18. Tes

Cuando dos de las tres lumbreras son del mismo diámetro.

Gráfico 2.19. Tes desiguales

20


de este elemento neumático son del

son del mismo diámetro.

21

2.5.5 UNIONES PARA TUBERÍA FLEXIBLE

Los dispositivos neumáticos para tubería flexible, son en espiral para evitar que

debido a la presión las uniones se zafen.

Sin embargo los nuevos racores son de fácil montaje y desmontaje. Este nuevo

diseño se basa en la estanqueidad y se monta por la simple presión de la mano.

Para la desconexión, basta con una ligera presión sobre el anillo (2) para

contrarrestar la acción del bloqueo (5), en secuencia el cierre (4), facilitando la

extracción de la tubería.

Las uniones cuentan con las siguientes partes:

1. El tubo (no es parte del dispositivo neumático).

2. Anillo elástico.

3. Junta tórica.

4. Dientes de cierre.

5. Bloqueo.

Gráfico 2.20. Racores

2.5.6 SILENCIADORES

Los silenciadores amortiguan las vibraciones y ruidos, que se producen en el sistema

de distribución debido al escape de aire. Estos dispositivos se colocan directamente

en los escapes de herramientas y elementos neumáticos.

Básicamente un silenciador está formado por una malla cónica, con una gran área de

salida, con lo que se disminuye la presión de retroceso, lo que origina la disminución

del ruido y las vibraciones.

1

2

5

4

3

R a c o r e s R á p i d o s

22

2.6 MANÓMETROS

Los manómetros miden la diferencia entre la presión absoluta y la presión

atmosférica. La suma de presión atmosférica y la manométrica se denomina presión

absoluta.

2.7 COMPRESORES DE AIRE

El compresor es una máquina que absorbe el aire del medio ambiente, eleva su

presión y lo envía a un tanque de almacenamiento, la presión se eleva reduciendo el

volumen específico del aire.

La capacidad real de un compresor es menor que el volumen desplazado, debido a

las siguientes razones:

• Caída de presión en la succión.

• Calentamiento del aire de entrada.

• Expansión del gas retenido en el volumen muerto.

• Fugas internas y externas.

2.7.1 TIPOS DE COMPRESORES

En el mercado existen varios tipos de compresores, dependiendo de las necesidades

y características de trabajo, entre los cuales tenemos:

• De pistón.

• De membrana.

• De paletas deslizantes.

• Rotativos de tornillo.

• Rotativos Roots.

• Axial.

• Radiales.

23

2.7.1.1 Compresor de Pistón

Son los de uso más difundido, la compresión del aire se efectúa por el movimiento

alternativo de un pistón accionado por un mecanismo de biela-manivela.

Este funciona de la siguiente forma:

En la carrera descendente se abre la válvula de admisión y el cilindro se llena de

aire, se cierra la válvula de admisión, la carrera ascendente comprime el aire, y sale

por la válvula de descarga.

El campo de utilización de estos compresores va desde 50 a 25.000 m3/h de

capacidad y presiones desde 2 a 2.000 bares.

2.8 TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE AIRE COMPRIMIDO

Las funciones principales del depósito son:

• Obtener una considerable acumulación de energía para afrontar “picos” de

consumo que superen la capacidad del compresor.

• Contribuir al enfriamiento del aire comprimido y la disminución de su

velocidad, actuando así como separadores de condensado y aceite

provenientes del compresor.

• Amortiguar las pulsaciones originadas en los compresores, sobre todo en los

alternativos.

• Permitir la regulación del compresor compensando las diferencias entre el

caudal generado y el consumido, los cuales normalmente trabajan con

regímenes diferentes.

Su capacidad dependerá de las características de la demanda del aire en la red. Esta

puede ser:

24

• Constante

• Intermitente

• Instantánea

Los accesorios mínimos que deberá incluir son:

• Válvula de seguridad

• Manómetro

• Grifo de purga

• Boca de inspección

La Válvula de seguridad debe ser regulada a no más de un 10% por encima de la

presión de trabajo y deberá poder descargar el total del caudal generado por el

compresor. Deberá contar además con un dispositivo de accionamiento manual para

poder probar periódicamente su funcionamiento.

También se deberá instalar un regulador de presión que permita independizar la

presión de trabajo del compresor de aquella con la que operan los sistemas de

regulación (normalmente de 4 a 6 bares).

Los tanques de almacenamiento deben estar lo más cerca posible del compresor

para evitar efectos de pulsaciones en la tubería.

25

CAPITULO III

3 PREFACTIBILIDAD

3.1 ESTUDIO DE MERCADO

Por medio del estudio de mercado se podrá obtener información sobre la oferta y

demanda existente en el mercado nacional, así como algunas especificaciones

técnicas.

También permitirá tener una idea clara del segmento de mercado al que el producto

estará dirigido.

3.1.1 ELABORACIÓN DE LAS ENCUESTAS

3.1.1.1 Propósito de las Encuestas

Las encuestas fueron realizadas a personas de 15 años de edad en adelante,

domiciliadas en la ciudad de Quito. La encuesta servirá para confirmar o desechar

la existencia del problema en la transportación pública y el interés que la gente tenga

en la utilización de un medio de transporte ecológico y económico, como una

bicicleta impulsada por aire comprimido.

La encuesta también tiene la finalidad de dar a conocer a las personas, de un

proyecto innovador y revolucionario en el Ecuador y sobre todo en la ciudad de Quito

en lo referente a la transportación.

3.1.1.2 Descripción de la encuesta

La encuesta consta de 8 preguntas (Ver Anexo AI ).

La encuesta abarca las siguientes preguntas:

¿Tiene problemas al transportarse de un lugar a otro en la ciudad de Quito?

¿Estaría dispuesto a trasladarse a su lugar de trabajo o estudio en una bicicleta?

¿Dispone usted de una bicicleta?

26

SI DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a instalar en esta un sistema

de propulsión que facilite su trasporte?

SI NO DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a adquirir una bicicleta?

SI SU RESPUESTA ANTERIOR ES AFIRMATIVA:

Instalaría el sistema

de Propulsión

No instalaría el sistema

de propulsión

Cuál es la distancia aproximada que recorre diariamente:

Cuanto tiempo se demora en ir a su destino

Su edad está entre los….……

La mayor parte de la encuesta tiene preguntas de afirmación o negación, mientras

que la parte restante tiene preguntas de opción múltiple, las preguntas pretenden ser

objetivas, rápidas y de fácil entendimiento.

Se realizaron 51 encuestas desde el 20 de octubre 2008 hasta el 24 de octubre

2008.

3.1.1.3 Personas Encuestadas

Se realizaron las encuestas a personas desde los 15 años en adelante.

Las encuestas fueron realizadas en varios sectores de la ciudad de Quito, como por

ejemplo: la plaza grande, en el centro comercial CCI, en la Escuela Politécnica

Nacional, la Universidad Central del Ecuador y en el colegio Luis Fidel Martínez. (Ver

tabla de las personas encuestadas Anexo AII ).

3.1.2 PROCESAMIENTO DE DAT

3.1.2.1 Despliegue de Resultados

1. ¿Tiene problemas al

2. ¿Estaría dispuesto

bicicleta?

0,00%

20,00%

40,00%

60,00%

80,00%

49%

PROCESAMIENTO DE DAT OS OBTENIDOS EN LAS ENCUESTAS

Despliegue de Resultados

¿Tiene problemas al transportarse de un lugar a otro en la ciudad de Quito?

Gráfico 3.1. Pregunta 1

¿Estaría dispuesto a trasladarse a su lugar de trabajo o estudio en una


Sí No

Pregunta #1

51%

49%

Pregunta #2

Sí

No

27

ENCUESTAS

transportarse de un lugar a otro en la ciudad de Quito?

trasladarse a su lugar de trabajo o estudio en una

3. ¿Dispone usted de una bicicleta?

4. SI DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a instalar en esta un

sistema de propulsión que

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%



SI DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a instalar en esta un

sistema de propulsión que facilite su trasporte?


Sí No

Pregunta #3

Sí No

Pregunta #4

28

SI DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a instalar en esta un

5. SI NO DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a adquirir una

bicicleta?


Instalaría el

sistema de

Propulsión

Gráfico 3 .6

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

0,00%10,00%20,00%30,00%40,00%50,00%60,00%70,00%80,00%90,00%

SI NO DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a adquirir una



No instalaría

el sistema

de propulsión

.6. Instalación de sistema de propulsión

Sí No

Pregunta #5

Si intalarían No instalarían

Sistema de Propulsión

29

SI NO DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a adquirir una

6. Cuál es la distancia aproximada que recorre diariamente:

La distancia que recorren las personas diariamente fue medida en un mapa plano

guía de Quito, (ver tabla de datos en el anexo AII

7. Cuanto tiempo se demora en ir a su destino

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Hasta 10 km

Núm

ero

de P

erso

nas

28,00%

29,00%

30,00%

31,00%

32,00%

33,00%

34,00%

35,00%

36,00%

37,00%

hasta 30 minutos

Cuál es la distancia aproximada que recorre diariamente:



ver tabla de datos en el anexo AII ).

Cuanto tiempo se demora en ir a su destino


Hasta 10 km De 11 a 20 km Más de 20 km

Distancia Recorrida (km)

Pregunta 6

hasta 30 minutos 31 minutos a

1hora

mas de 1 hora

Pregunta #7

30


8. Su edad está entre los….……

3.1.3 ANÁLISIS DE RESULTAD

¿Tiene problemas al transportarse en la ciudad de Quito?

El 67.67% de las personas

que provocan el descontento de las personas se debe a las congestiones vehiculares

que se dan en las horas pico, otra de las cau

expuestos en el transporte público.

Se ha demostrado la insatisfacción de la gente frente al transporte

justificada la necesidad de buscar e implementar un nuevo medio de transporte

dentro de la ciudad de Quito.

¿Estaría dispuesto a trasladarse a su

bicicleta?

El 51% de las personas estarían dispuestas a movilizarse dentro de la cuidad en una

bicicleta, y un 49% no lo estarían, la razón es que cuidad

descripción geográfica muy especial debido a la existencia de i

que complican el trasladarse de un lugar a otro dentro de la ciudad, pero la mayoría

0,00%

20,00%

40,00%

60,00%

80,00%

100,00%

Hasta 25 años

Su edad está entre los….……


ANÁLISIS DE RESULTAD OS

transportarse en la ciudad de Quito?

67.67% de las personas encuestadas tienen problemas de trasporte


que se dan en las horas pico, otra de las causas es el maltrato a los que están

transporte público.

e ha demostrado la insatisfacción de la gente frente al transporte, por lo cual queda

la necesidad de buscar e implementar un nuevo medio de transporte

dentro de la ciudad de Quito.

¿Estaría dispuesto a trasladarse a su lugar de trabajo o estudio en una


estarían, la razón es que cuidad la de Quito presenta una

descripción geográfica muy especial debido a la existencia de innumerables


Hasta 25 años 26 a 35 años hasta 36 años

Pregunta #8

31

encuestadas tienen problemas de trasporte, las causas


sas es el maltrato a los que están

, por lo cual queda

la necesidad de buscar e implementar un nuevo medio de transporte

lugar de trabajo o estudio en una


de Quito presenta una

nnumerables cuestas


32

coincide que la distancia que deben trasladarse diariamente no les permitiría

transportarse en un bicicleta.


El 71% de las personas encuestadas señalaron que cuentan con una bicicleta, la

cual usan por diversión.

¿Estaría dispuesto a instalar en ésta un sistema de propulsión que facilite su

trasporte?

De las personas que contaban con una bicicleta el 75% instalarían un sistema de

propulsión, que en este caso se trata de uno aire comprimido, la finalidad de esta

pregunta era averiguar si el producto tendría aceptación en el mercado, se puede ver

que la gente estaría dispuesta a incorporar este sistema de propulsión, el cual les

resultaría más económico ya que cuentan con la bicicleta. Esto podría generan una

nueva fuente de trabajo en la ciudad y posiblemente en todo el país.

Si no dispone de una bicicleta ¿Estaría dispuesto a adquirir una bicicleta?

El 29% de las personas encuestadas no tienen bicicleta, pero de este porcentaje

más de la mitad estaría dispuesto en adquirirlo una, de estos el 80% estaría

dispuesto a implementar el sistema de propulsión o en su defecto adquirir la bicicleta

con el sistema de propulsión ya incorporado, se concluye entonces que existe un

gran mercado en el que se podría incursionar.

Cuál es la distancia aproximada que recorre diariam ente

El propósito de esta pregunta es investigar la distancia promedio que una persona se

traslada frecuentemente. Los resultados arrojaron que el 79% de los encuestados se

trasladan aproximadamente 20 km en el día, por lo tanto el vehículo debería tener

por lo menos una autonomía de 25 km.

Su edad está entre los:

El producto tendría una mayor acogida en la gente de 15 a 25 años de edad

33

3.2 RESTRICCIONES DEL MEDIO

Las restricciones que el medio pueda presentar, limitan de forma considerable las

posibilidades de desarrollo, en nuestro país existen varias de estas limitaciones.

Para el desarrollo del presente trabajo existen las siguientes restricciones.

3.2.1 ECONÓMICAS

La restricción más importante es la económica, ya que la gente no cuenta con

suficientes recursos económicos, el principal objetivo es el diseño y construcción de

un producto sencillo, seguro y económicamente accesible, para esto se va a utilizar

materia prima existente en el mercado nacional y evitar en lo posible la importación,

con lo cual disminuirá ostensiblemente los costos de producción.

3.2.2 TECNOLÓGICAS

Esta restricción provoca que en el mercado local exista dificultad para obtener

algunos de los componentes que forman parte del sistema de movimiento, como

por ejemplo: acumuladores, cilindros neumáticos.

3.3 ESPECIFICACIONES DEL EQUIPO

Debido a que al principio se estableció comercializar el equipo a nivel local, es

importante que las especificaciones de este, estén acorde a las necesidades del

medio, como son las condiciones geográficas de la sierra ecuatoriana (ver Anexo

AII, pregunta 2), la distancia de desplazamiento y la población meta, el equipo debe

tener las siguientes características:

Especificaciones Técnicas Unidad

Autonomía de desplazamiento Entre 11 y 20 kilómetros

Velocidad del Equipo Entre: 20 y 30 km/h

Precio Hasta: 800 USD

Tabla 3.1. Especificaciones del Equipo

34

CAPÍTULO IV

4 FACTIBILIDAD

4.1 ESTUDIO DE ALTERNATIVAS MECÁNICAS

4.1.1 PRIMERA ALTERNATIVA

La primera alternativa está constituida por dos cilindros neumáticos de doble efecto,

estos cilindros se encuentran a los lados de la bicicleta, es decir, un cilindro está

ubicado al lado derecho mientras el otro al lado izquierdo.

También consta de dos acumuladores, ubicado de la misma forma que los cilindros

neumáticos.

Los pedales son modificados para ensamblarlos con los vástagos de los cilindros, los

mismos que transmitirán el movimiento a la catalina frontal, la cual transformará el

movimiento lineal del vástago en un movimiento rotacional que impulsará la bicicleta.

Los elementos pueden ser construidos en un taller que cuente con máquinas y

herramientas básicas, con excepción de las válvulas, la tubería flexible, los cilindros

neumáticos, los acumuladores y la bicicleta, estos serán adquiridos en el mercado

local.

35

4.1.1.1 Ventajas

• Esta alternativa utiliza el sistema de catalinas originales de la bicicleta para

disminuir la fuerza necesaria de movimiento, disminuyendo el diámetro

necesario de los cilindros neumáticos, el consumo de aire disminuye

proporcionalmente al diámetro del actuador.

• Las maquinas y herramientas que se necesitan para construir los elementos

son muy accesibles en nuestro medio y no se necesitan de máquinas de gran

precisión.

• Los materiales a utilizarse en la construcción de los componentes se

encuentran fácilmente en el mercado local y son económicos.

• El movimiento de traslación con el sistema de doble cilindro es más uniforme,

y permite mayor control, seguridad y comodidad en su conducción.

• El costo de manufactura del sistema mecánico es bajo.

4.1.1.2 Desventajas

• Necesita dos cilindros neumáticos lo cual incrementa el costo.

• Utiliza un circuito neumático más complejo, lo que se traduce en más

dispositivos.

36

Gráfico 4.1. Vista Isométrica de la Alternativa1

Gráfico 4.2. Vista lateral de la Alternativa 1

37

Gráfico 4.3. Sistema Mecánico – Neumático de Propu lsión

Gráfico 4.4. Sistema Mecánico – Neumático de Propul sión

38

4.1.2 SEGUNDA ALTERNATIVA

En la segunda alternativa el sistema motriz está conformado de un solo cilindro

neumático, en el cual la cadena de la bicicleta está conectada directamente al

vástago del cilindro neumático, mientras el otro extremo de la cadena se encuentra

enlazado con un resorte.

El resorte inicialmente se encuentra en su estado natural y el actuador se encuentra

extendido, al introducir aire comprimido, el émbolo es empujado hacia el otro extremo

del cilindro, lo cual produce que el vástago ingrese y hale la cadena, elongando el

muelle, al finalizar la acción del aire comprimido, el resorte hala la cadena obligando

que el actuador retorne a su posición inicial.

Esto produce el movimiento rotacional en la catalina posterior, la misma que

impulsará a la bicicleta, de igual manera esta alternativa también cuenta con dos

acumuladores a los costados de la bicicleta.

4.1.2.1 Ventajas

• El circuito neumático es simple, por lo tanto el costo disminuye.

4.1.2.2 Desventajas

• El cilindro neumático debe ser de gran diámetro, dado que esta alternativa

elimina el sistema de catalinas.

• El movimiento de traslación no es uniforme, ya que el movimiento se produce

por acciones intermitentes por parte del actuador.

• La alternativa consta de un muelle especial, que no oponga demasiada

resistencia al cilindro neumático pero que almacene en su elongación la

energía necesaria para extender de nuevo el actuador, este resorte no es

muy fácil conseguir en el mercado local.

• La fuerza desarrollada por el cilindro neumático puede causar arranques

violentos, en consecuencia producir accidentes.

39

Gráfico 4.5. Vista Isométrica de la Alternativa 2

Gráfico 4.6. Vista Frontal de la Alternativa 2

40

Gráfico 4.7. Sistema de Propulsión Mecánico – Neumá tico (Resorte

estirado)

Gráfico 4.8. Sistema de Propulsión Mecánico – Neumá tico (Resorte en

estado natural)

41

4.1.3 TERCERA ALTERNATIVA

En esta alternativa se cuenta con un cilindro rotativo, instalado en la parte trasera de

la bicicleta, cuyo embolo giratorio lleva montado un engranaje conductor en contacto

con un engranaje conducido construido para ser montado en el eje de la llanta

trasera y así producir el movimiento rotacional necesario en la llanta.

La catalina, la cadena y los pedales son sustituidos por completo por el engranaje,

que será el encargado de transmitir el torque a la rueda posterior para iniciar con el

movimiento de traslación. De igual manera que las anteriores alternativas cuenta

con dos tanques de almacenamiento de aire comprimido.

4.1.3.1 Ventajas

• Circuito neumático simple por lo cual los costos a nivel neumático disminuyen.

4.1.3.2 Desventajas

• El cilindro rotativo al superar los 120º en su ángulo de giro disminuye

considerablemente su eficiencia, además el engranaje debería ser muy

grande para disminuir el torque necesario y superar la inercia.

• La construcción de engranajes es muy costosa, además necesita de un

tratamiento térmico para elevar su vida útil.

• La catalina de la bicicleta no realiza trabajo cuando gira al lado contrario, por

lo que en el retorno del cilindro rotacional, se desperdicia aire comprimido.

42

Gráfico 4.9. Vista Isométrica de la Alternativa 3

Gráfico 4.10. Vista Frontal de la Alternativa 3

43

Gráfico 4.11. Sistema de Propulsión Mecánico – Neum ático

4.2 SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA MECÁNICA

Para una adecuada selección de la alternativa se consideran los siguientes

parámetros:

Seguridad.- Este parámetro está basado en la uniformidad del desplazamiento que

el sistema mecánico – neumático proporciona a la bicicleta, por esta razón la primera

alternativa es la más segura, pues al tener dos cilindros neumáticos el movimiento es

más uniforme, mientras que las dos siguientes alternativas presentan un movimiento

más brusco e irregular.

Costo.- Como es de conocimiento general para que un proyecto llame la atención de

la gente, este debe ser económico.

En este caso la segunda alternativa resulta ser la de menor costo en comparación

con las otras dos y la tercera alternativa resulta ser la más costosa debido a que el

cilindro neumático utilizado es especial y además necesita de un proceso de

fabricación de engranajes.

44

Funcionalidad .- En este caso se refiere a la eficiencia de la bicicleta propulsada por

aire comprimido. La primera alternativa resulta ser la más eficiente, ya que cuenta

con dos cilindros de pequeño diámetro lo cual reduce el consumo de aire. Como ya

se mencionó la tercera alternativa es de menor eficiencia, ya que desperdicia aire

para que el cilindro rotativo regrese a su posición inicial.

Peso .- El peso está directamente relacionado con la funcionalidad, ya que se debe

considerar que al aumentar el peso se requiere mayor fuerza por parte de los

cilindros neumáticos para realizar el mismo trabajo, por lo tanto la primera alternativa

es la más adecuada, pues los cilindros son relativamente pequeños gracias al

sistema de cambios que proporcionan las catalinas.

Las otras alternativas no poseen el sistema de cambios por lo que utilizan un solo

cilindro neumático de gran diámetro, por lo que su peso total se incrementa.

Facilidad de construcción .- La segunda alternativa resulta la más simple de

construir, pues solo se debe comprar los componentes y montarlos en la bicicleta.

La tercera opción requiere de la construcción de engranajes, realización de

tratamientos térmicos, por lo que se necesitan máquinas de precisión, además se

deben tomar en cuenta tolerancias para su montaje, convirtiéndola en la opción más

complicada.

A continuación se presenta la tabla de ponderación en orden de importancia:

4.2.1 CODIFICACIÓN

A. Primera Alternativa.

B. Segunda Alternativa.

C. Tercera Alternativa.

4.2.2 FACTORES DE SELECCIÓN

I. Seguridad.

II. Costo.

III. Funcionalidad

IV. Peso.

V. Facilidad de construcción.

45

Los factores para la selección de la alternativa están enumerados en orden de

importancia en forma descendente.

Para la ponderación se utilizará una escala del 1 – 100, es decir, la mejor alternativa

en un determinado factor tendrá una puntuación de 100 puntos.

Factores

Alternativas

A B C

Seguridad 100 70 70

Costo 70 100 50

Funcionalidad 100 80 50

Peso 100 90 50

Facilidad de Construcción 80 100 40

Sumatoria de Ponderación 450 440 260

Tabla 4.1. Selección de la alternativa

Conclusión:

Por los valores obtenidos la alternativa seleccionada es la primera.

4.2.2.1 Ponderación de los Factores de Selección

Factores Ponderación

Seguridad 35

Costo 25

Funcionalidad 20

Peso 10

Facilidad de Construcción 10

Sumatoria de Ponderación 100

Tabla 4.2. Factores y Ponderaciones

46

4.2.2.2 Matriz de Selección de la Alternativa Mecánica

Factor I II III IV V Ponderación

Alternativas

A 100 70 100 100 80 35% I

B 70 100 80 90 100 25% II

C 70 50 50 50 40 20% III

∑ 240 220 230 240 220 10% IV

10% V

Tabla 4.3. Ponderación

Factor I II III IV V Ponderación

Alternativas

A 0,417 0,32 0,43 0,42 0,364 0,35 I

B 0,292 0,45 0,35 0,38 0,455 0,25 II

C 0,292 0,23 0,22 0,21 0,182 0,20 III

∑ 1 1 1 1 1 0,10 IV

0,10 V

Tabla 4.4. Matriz de selección

Solución:

A 0,39

B 0,37

C 0,24

Tabla 4.5. Solución de la matriz

Conclusión:

Con la matriz se confirma que la primera alternativa es la más adecuada.

47

4.3 ESTUDIO DE LAS ALTERNATIVAS NEUMÁTICAS

Una vez seleccionada la alternativa mecánica, se analizarán las alternativas

neumáticas que mediante un circuito permitirán el movimiento sincronizado de los

actuadores.

A continuación se presentan las alternativas neumáticas:

4.3.1 PRIMERA ALTERNATIVA

La alternativa cuenta con dos cilindros neumáticos, se utilizará una válvula cinco –

dos de accionamiento neumático, la cual distribuirá el aire a los dos actuadores.

La válvula cinco – dos será accionada por aire comprimido proveniente de la salida

de cada una de las dos válvulas tres-dos de accionamiento mecánico por rodillo.

El circuito también cuenta con una válvula reguladora de flujo unidireccional para

controlar el caudal del aire comprimido que llegará a los cilindros neumáticos y así

prevenir la arranque violenta de la bicicleta.

Una válvula tres – dos accionada manualmente sirve como interruptor para iniciar el

funcionamiento del circuito neumático, así como para detenerlo, esta se encarga de

permitir el paso del aire desde los tanques de aire comprimido hacia el circuito.

Debido a que los tanques de almacenamiento tienen una presión interna de

aproximadamente 2000 psi (138 bares), se utilizarán válvulas reguladoras de presión

para cada uno de los acumuladores, y así obtener la presión de trabajo.

Esta alternativa es completamente automática, lo único que el conductor puede

controlar es el flujo de aire y el paso del mismo al circuito.

4.3.1.1 Desventaja

• Debido al número de dispositivos y accesorios neumáticos, el costo es

elevado.

• Para detener la bicicleta se deberá primero cortar el flujo de aire y luego

aplastar los frenos.

48

Gráfico 4.12. Circuito Neumático Alternativa 1

Gráfico 4.13. Alimentación de Aire Comprimido Alter nativa 1

49

Gráfico 4.14. Funcionamiento del Circuito Neumático

50

4.3.2 SEGUNDA ALTERNATIVA

Esta alternativa utilizará una válvula cinco – dos de accionamiento manual y de

retorno con resorte, para distribuir el aire comprimido a los cilindros neumáticos.

La válvula cinco – dos es alimentada directamente desde la válvula controladora de

flujo unidireccional, la cual está conectada con una válvula tres – dos de

accionamiento manual, esta última actúa como interruptor de inicio y apagado del

circuito neumático.

El circuito también cuenta con una válvula reguladora de flujo unidireccional para

controlar el caudal del aire comprimido que llegará a los cilindros neumáticos y así

prevenir el arranque violento de la bicicleta.

Debido a que los tanques de almacenamiento tienen una presión interna de

aproximadamente 2000 psi (138 bares), se utilizarán válvulas reguladoras de presión

para cada uno de los acumuladores, y así obtener la presión de trabajo.

4.3.2.1 Ventajas

• Debido a la disminución del número de dispositivos neumáticos, disminuye

también el número de accesorios neumáticos, por esta razón el costo se

reduce.

• Esta alternativa manual no requiere cortar por completo el flujo de aire al

circuito, tan solo basta con dejar de accionar la palanca de la válvula cinco –

dos para detener el flujo de aire que alimenta a los actuadores neumáticos.

4.3.2.2 Desventajas

• El funcionamiento no es automático.

51

Gráfico 4.15. Circuito Neumático

Gráfico 4.16. Alimentación de Aire Comprimido

52

Gráfico 4.17. Calibración de la Válvula Reguladora de Flujo

53

Gráfico 4.18. Funcionamiento del Circuito Neumátic o

54

4.4 SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA NEUMÁTICA

Para una adecuada selección de la alternativa se considerarán los siguientes

parámetros:

Seguridad.- El grado de seguridad está determinado por la rapidez con la que se

puede cortar el paso de aire a los cilindros neumáticos antes de frenar, por esta

razón la segunda alternativa es la más segura, pues la válvula cinco – dos es

operada manualmente por el conductor, por lo que tiene mayor control del flujo de

aire que llega a los actuadores neumáticos.

Costo.- Este parámetro depende de la cantidad de dispositivos y accesorios

neumáticos. La segunda alternativa resulta ser la más económica, debido a que el

circuito neumático es más sencillo que el de la primera alternativa.

Funcionalidad .- Al ser la primera alternativa automática sería la más funcional, pues

no requiere de la acción del conductor, en cambio en la segunda alternativa este

debe accionar el paso de aire a los cilindros neumáticos continuamente.

Facilidad de montaje .- Al tener un menor número de dispositivos neumáticos existe

una mayor facilidad para ubicar dichos elementos en la bicicleta, por esta razón la

segunda alternativa resulta ser más sencilla para el montaje.

A continuación se presenta la tabla de ponderación en orden de importancia:

4.4.1 CODIFICACIÓN

A. Primera Alternativa.

B. Segunda Alternativa.

4.4.2 FACTORES DE SELECCIÓN

I. Seguridad.

II. Costo.

III. Funcionalidad

IV. Facilidad de montaje.

Los factores para la selección de la alternativa neumática están enumerados en

orden de importancia en forma descendente.

55

Para la ponderación se utilizará una escala de 1 – 100, es decir, la mejor alternativa

en un determinado factor tendrá una puntuación de 100 puntos.

Factores

Alternativas

A B

Seguridad 50 100

Costo 70 100

Funcionalidad 100 50

Facilidad de Montaje 60 100

Sumatoria de Ponderación 280 350

Tabla 4.6. Selección de la alternativa Neumática

Conclusión

Debido a que la segunda alternativa obtuvo un mayor puntaje, es la alternativa

neumática seleccionada.

4.4.2.1 Ponderación de los Factores de Selección

Factores Ponderación

Seguridad 35

Costo 30

Funcionalidad 20

Facilidad de Construcción 15

Sumatoria de Ponderación 100

Tabla 4.7. Factores y Ponderaciones

56

4.4.2.2 Matriz de Selección de la Alternativa Neumática

Factor I II III IV Ponderación

Alternativa

A 50 70 100 60 35% I

B 100 100 50 100 30% II

∑ 150 170 150 160 20% III

15% IV

Tabla 4.8. Ponderación

Factor I II III IV Ponderación

Alternativa

A 0,33 0,41 0,67 0,38 0,35 I

B 0,67 0,59 0,33 0,63 0,3 II

∑ 1 1 1 1 0,2 III

0,15 IV

Tabla 4.9. Matriz de Selección

Solución:

A 0,43

B 0,57

Tabla 4.10. Solución de la Matriz

Conclusión:

Con la matriz se confirma que la segunda alternativa es la más conveniente.

57

4.5 DISEÑO DE LA ALTERNATIVA MECÁNICA

4.5.1 NOMENCLATURA

P = Peso del acumulador.

W = Peso de la válvula reguladora de presión.

H = La mitad del peso de una persona promedio.

RD = Reacción de la abrazadera trasera sobre el acumulador.

RT = Reacción de la abrazadera delantera sobre el acumulador.

L = Longitud total del tanque.

a = Longitud desde RT hasta RD.

b = Longitud desde P hasta RD.

c = Longitud desde RD hasta W.

u = distancia entre RT y H.

x = Longitud de RD hasta O.

y = Distancia de O a RHx.

z = Longitud del soporte horizontal.

� � Esfuerzo de corte.

Ac = Área de tornillo.

F.S. = Factor de seguridad.

Syc = Resistencia de fluencia crítica del perno.

Syt = Resistencia de fluencia del perno.

Sy = resistencia de fluencia del material.

� � Esfuerzo a la tracción.

�� Esfuerzo de empuje.

d = Diámetro del perno.

AN = Área neta del perfil.

Aperf = Área del perfil

Aaguj = Área del agujero.

AE = Área de empuje.

58

n = número de pernos.

t = espesor del perfil.

4.5.2 TANQUE – ABRAZADERAS

4.5.2.1 Diagrama de cuerpo libre Tanque – Abrazadera

Gráfico 4.19. D.C.L tanque – abrazadera

Datos:

W = 2.2 lbs.

P = 11 lbs.

H = 90 lbs.

a = 11,62 in.

b = 5.81 in.

c = 7,58 in.

u = 3,84 in.

Σ�� 0

� � � � � � � 0

� � � 2,2 11 90

� � � 103,2 ��

� � 103,2 � ��22,81�

� � 126,01 ��. Σ� ! � 0

�� " � � " # � " $ � " % � 0

� � � " � " $ � � " %#

W H

R D

R T

P

c b

a

u

59

� � 11 " 5,81 2,2 " 7,58 � 90 " 3,84 �� )*�11,62 �)*�

� � �22,81 ��. La Fuerza RD se encuentra al sentido contrario.

Gráfico 4.20. D.C.L tanque – abrazadera (Corregido)

4.5.2.2 Abrazadera Delantera

4.5.2.2.1 Diagrama de cuerpo libre de la Abrazadera Delantera

Gráfico 4.21. D.C.L. abrazadera delantera

a) Calculo del Perno

� � �+, - .�/012

.�/012 � 345�. 3. 345 � 0.6 " 34

W HR D

R T

P

RT

RT

60

El perno es un SAE grado 8, con un Sy = 180 kpsi. 1

345 � 0.6 " 180

345 � 108 67�) Se utilizará un factor de seguridad de 2.0.

.�/012 � 1082.0

.�/012 � 54 67) �.�/012 - +,

+5 8 126,01 ��54000 �� )*9: � 0,00233 )*9

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< � =4 " 0.00233;

< � 0.0545 )* 3> ?@A# �# A><)<# >�?#*<#B Aá� $>B$#*# 14 )*

b) Cálculo de la abrazadera delantera

� � �+D - .�/012

.�/012 � 34�. 3. El material a ser utilizado es un acero de bajo porcentaje de carbono, con una

resistencia a la fluencia de 36 kpsi.

Para este cálculo se utilizará un factor de seguridad de 2.0.

1 Nota: El valor de la resistencia de fluencia para el cálculo de los pernos, se lo obtuvo del Manual de Diseño

Mecánico de Shigley, (Pag16).

61

.�/012 � 34�. 3.

.�/012 � 362 � 18 67�) �.�/012 - +D

+D 8 126,01 ��18000 �� )*9: � 0,007)*9

+D � +EFG � +1HIJ

+EFKG � +D +1HIJ

+1HIJ � * " <1HIJFKL " ?

<1HIJFKL � 14 18 � 38 )*

Se asume un espesor de perfil de 3/16 in. Y se utilizará un solo perno para asegurar

la abrazadera.

+1HIJ � 1 " 38 " 316 � 9128 )*9

+EFKG � 0.007 9128

+EFKG � 0.077 )*9

El perfil seleccionado es un platina de M N: " O MP: QR.

+EFKG � 0.094 )*9 (Área del perfil) 2

c) Comprobación del perfil seleccionado (efecto de empuje)

�� +� - .��/ .��/ � 34�. 3. � 362.0 � 18 67�) +�S 8 �.��/ +� 8 126,01 ��18000 �� )*9: � 0.007 )*9

2 Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-102

62

+� � * " <1HIJ " ?

+�9 � 1 " 316 " 316 � 0.035 )*9

Como AE2 > AE1 el perfil seleccionado es la platina de 1 4: " 3 16: )*.

4.5.2.3 Abrazadera Trasera

4.5.2.3.1 Diagrama de cuerpo libre de la Abrazadera

Gráfico 4.22. D.C.L abrazadera trasera

Datos

x = 4,74 in.

y = 2,68 in.

Σ�4 � 0

T4 � � � 0

T4 � 22,81 ��

Σ�UVU � 0

� " W � TX " � � 0

TX � 40,34 ��

x

yRD

RHx

RHy

O

63

A. Tramo R H – O

Gráfico 4.23. D.C.L. Tramo R H – O

Σ�Y � 0

T4 � ZU � 0

ZU � 22,81 ��. Σ�D � 0

TX � [U � 0

[U � 40,34 ��

Σ�U � 0

TX " � � �L � 0

�U � 108,12 �� )*

La abrazadera será sujetada en el perno de la llanta posterior.

<\FK]L � 38 )*

a) Cálculo de la abrazadera Trasera (Tramo R H – O)

� � T4+D - .�/012



VO

RHx

RHy

O

NO MO

64


.�/012 � 362 � 18 67�) +D 8 22,81��18000 �� )*9: � 0.001267 )*9


+EFKG � +D +1HIJ

+1HIJ � * " <1HIJFKL " ?

<1HIJFKL � 38 18 � 12


la abrazadera.

+1HIJ � 1 " 12 " 316 � 332 )*9

+EFKG � 0.001267 332

+EFKG � 0.095 )*9

El perfil se trata de una platina de 3 4: " 3 16: )*.

+EFKG � 0,141 )*9 3 b) Comprobación del perfil seleccionado (efecto de empuje)

�� T4+� - .��/ .��/ � 34�. 3. � 362.0 � 18 67�) +�S 8 22,81 ��18000 �� )*9: � 0.00127 )*9

+�9 � * " <1HIJ " ?

+�9 � 1 " 12 " 316 � 332 )*9

+�9 � 0.0937 )*


65

Como AE2 > AE1 la selección de la platina es la adecuada

B. Tramo O – R D

Gráfico 4.24. D.C.L. tramo O – R D Σ� � 0

� � ZU � 0

ZU � 22,81 ��

Σ�UVU � 0

� " W � �L � 0

�U � 108,12 �� )*. a) Calculo del Perno

� � �2K155_ó]+, - .�/012 345 � 0.6 " 34

El perno es un SAE grado 8, con un Sy = 180 kpsi.

345 � 0.6 " 180


.�/012 � 1082.0

.�/012 � 54 67) Se asumirá que RD es la fuerza de tracción, aunque en realidad se conoce que esta

es mucho menor.

O

VO

RD

MO

NO

66

+5 8 22,81 ��54000 �� )*9: � 0,000422 )*9

< � ab"cde

< � 0.023 )*

Se utilizará perno de 1 4: )*, denominación SAE grado 8.

b) Cálculo de la abrazadera (Tramo O – R D)

� � �2K155_ó]+D - .�/012




.�/012 � 362 � 18 67�) +D 8 22,81 ��18000 �� )*9: � 0,000422 )*9


+EFKG � +D +1HIJ

+1HIJ � * " <1HIJFKL " ?

<1HIJFKL � 14 18 � 38 )*


la abrazadera.

+1HIJ � 1 " 38 " 316 � 9128 )*9

+EFKG � 0,000422 9128

+EFKG � 0,0707 )*9

La platina es de 1 2: " 3 16: )*.

67

+EFKG � 0,094 )*9 4

c) Comprobación del perfil seleccionado (efecto de empuje)

�� +� - .��/ +� 8 22,81 ��18000 �� )*9: � 0,000422 )*9

+� � * " <1HIJ " ?

+� � 1 " 38 " 316 � 9128 � 0.0703 )*9

Como AE2 > AE1 la selección de la platina es la adecuada

Conclusión

Debido a que el tramo RH – O tiene un agujero mayor, el perfil seleccionado es la

platina de 3 4: " 3 16: )*.

4.5.3 SOPORTE VERTICAL DE LA ABRAZADERA DELANTERA

4.5.3.1 Diagrama de cuerpo de Libre

Gráfico 4.25. D.C.L. Soporte vertical

Datos

< � 8,07 )*


RT

Ms

NsVs

d

68

Σ�Y � 0

Zf � � � 0

Zf � 126,01 ��

Σ�fVf � 0

�f � 0 ��. El diámetro del perno es el mismo que para la abrazadera delantera.

<\FK]L � 14 )*

a) Cálculo del Soporte Vertical

� � �+D - .�/012 El material a ser utilizado es un acero de bajo porcentaje de carbono, con una



.�/012 � 362 � 18 67�) +D 8 126,01 ��18000 �� )*9: � 0,007 )*9

+EFKG � +D +1HIJ

+1HIJ � * " <1HIJFKL " ?

<1HIJFKL � 14 18 � 38 )*


la abrazadera.

+1HIJ � 1 " 38 " 316 � 9128 )*9

+EFKG � 0.007 9128

+EFKG � 0,0773 )*9

El perfil seleccionado es la platina de 1/2 * 3/16 in.

69

+EFKG � 0.094 )*9 5

Comprobación del perfil seleccionado (efecto de emp uje)

�� +� - .��/ .σh/ � SjF. S. � 362.0 � 18 kpsi +�S 8 126,01 ��18000 �� )*9: � 0.007 )*9

+�9 � * " <1HIJ " ?

+�9 � 1 " 38 " 316 � 9128

+�9 � 0,0703 )*9

Como AE2 > AE1 el perfil seleccionado es la platina de 1 2: " 3 16: )*.

4.5.4 SOPORTE HORIZONTAL DE LOS ACUMULADORES

Gráfico 4.26. D.C.L. Soporte horizontal

Σ�Y � 0

Zf Zp � � 0

Zf � Zp (Por simetría)

� 2Zf

� 2 " 126,01

� 252,02 ��


V S

N S

V L

N L

R R

o

70

El diámetro del perno que sujetará al soporte horizontal está limitado por el agujero

ya existente en la estructura de la bicicleta.

<\FK]L � 316 )*

a) Calculo del Perno

� � +, - .�/012 345 � 0.6 " 34

El perno es un SAE grado 4, con un Sy = 100 kpsi.

345 � 0.6 " 100


.�/012 � 602.0

.�/012 � 30 67) Se asumirá que RR es la fuerza de tracción, aunque en realidad se conoce que esta

es mucho menor.

+5 8 252,02 ��30000 �� )*9: � 0,0084 )*9

< � ab"cde

< � 0,103 )*

El perno de qSr )* es suficiente para sostener al soporte horizontal, pero para mayor

fijación se utilizarán dos Jotas de ¼ in de diámetro y 15 mm de longitud.

b) Cálculo del Soporte Horizontal

� � +D - .�/012

.�/012 � 34�. 3.

71

El material a ser utilizado es un acero de bajo porcentaje de carbono, con una



.�/012 � 362 � 18 67�) +D 8 252,02 ��18000 �� )*9: � 0,014 )*9

+EFKG � +D +1HIJ

+1HIJ � * " <1HIJFKL " ?

<1HIJFKL � 38 18 � 12 )*

Se asume un espesor de perfil cuadrado de 1/2 in. Y se utilizará un solo perno para

asegurar la abrazadera.

+1HIJ � 14 " 12 � 18

+EFKG � 0,014 18

+EFKG � 0,139 )*9

El perfil cuadrado sólido adecuado es de 3 8: )* , con un área de 0,1406 in2. 6

Para la construcción se utilizará un perfil cuadrado sólido de 1 2: )*, este cuenta con

un área de 0,25 in2.

4.5.5 CÁLCULO DEL BRAZO DE SUJECIÓN DEL PISTÓN

4.5.5.1 Nomenclatura

FP = Fuerza del pistón

RU = Reacción de la tuerca sobre el brazo.

MU = Momento.

WP = Peso del Pistón.

Re = Reacción del remache sobre el brazo.

m = Distancia entre O y FP. 6 Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-101

72

j = Distancia entre O y WP.

f = Distancia entre O y e.

g = Distancia entre O y U.

4.5.5.2 Diagrama de Cuerpo Libre

Gráfico 4.27. D.C.L. Brazo de Sujeción

El diagrama de cuerpo libre del brazo soporte está dibujado en vista latera.

Datos:

FP = 100 lbs.

WP = 5 lbs.

m = 1,73 in.

f = 13,7 in.

g = 15,35 in.

Solución

s�X � 0

�\ � tX � 0

Rvw � 100 lbs. Σ�U � 0

�\ " A � I4 " z � 0

I4 � �\ " Az

R U x

R U y

F P

o

E j e x

E j e y

g

m

73

I4 � 100 �� " 1,73 )*15,35 )*

I4 � 11,283 ��

Gráfico 4.28. D.C.L. Brazo de Sujeción

El diagrama de cuerpo libre del brazo soporte está dibujado en vista Superior.

Σ�{ � 0

�\ � t{ F{ � 0

F{ � \ t{

F{ � 5 41,515

F{ � 46,515 ��.

Σ�U � 0

F{ " | � t{ " z � 0

}W� Rv�� " f � Rv� " g � 0

t{ � � �\ " |�| � z�

t{ � � 5 �� " 13,7)*�13,7 � 15,35�)*

t{ � 41,515 ��.

o R U x

R U z

U

R e z

W P

E j e x

E j e z f

g

74

A. Tramo U – O

Gráfico 4.29. D.C.L. Tramo U – O

Σ�{ � 0

U{ F{ � t{ � 0

U{ � � F{ t{

U{ � �46,515 41,515

U{ � �5 ��

Gráfico 4.30. D.C.L. Tramo U – O (corregido)

Σ�X � 0

IX � UX � 0

IX � UX

UX � 100 ��

Σ�U � 0

�U F{ " | � t{ " z � 0

�U � �46,515 �� " 13,7)* 41.515 �� " 15,35 )*

�U � 0 �� )*.

Rox

Roz

M0

RUx

RUz

U

Rez

o

RUx

RUz

o

Rox

Roz

M0

URex

Rez

e

75

a) Cálculo del Brazo de Sujeción

� � tX+D - .�/012




.�/012 � 362 � 18 67�) tX.�/012 - +D

+D 8 100 ��18000 �� )*9: 8 0.0056 )*9


+EFKG � +D +1HIJ

+1HIJ � * " <1HIJFKL " ?

Se asume un espesor de perfil de 3/16 in.

<\FK]L � 38 )*

<1HIJFKL � 38 18 � 12

+1HIJ � 12 " 316 � 332

+EFKG � 0.0056 332

+EFKG � 0,099 )*9

El perfil es una platina 3 4: " 3 16:

+EFKG � 0.141 )*9 (Área del perfil seleccionado) 7


76

b) Comprobación del perfil seleccionado (efecto de empuje)

�� tX+�S - .��/ .��/ � 34�. 3. � 362.0 � 18 67�) +�S 8 +�9

+�S 8 100 ��18000 �� )*9: 8 0.0056 )*9

+�9 � * " <1HIJ " ?

+�9 � 1 " 12 " 316 � 332

+�9 � 0.094 )*9

Como +�S 8 +�9 el perfil seleccionado es el adecuado.

B. Tramo O – F p

Gráfico 4.31. D.C.L. Tramo O – f

Σ�X � 0

R�w � F� � 100 lbs. � � �E+D - .�/012

.�/012 � 34�. 3.

.�/012 � 362 � 18 67�)

FP

oRox

Roz

M0

m

77

�\.�/012 - +D

+D 8 100 ��18000 �� )*9: 8 0.0056 )*9

Platina 1 4: " 3 16:

+EFKG � 0.047 )*9 (Área del perfil seleccionado)8

Conclusión:

Como el tramo U – O es el más crítico por el agujero, el perfil seleccionado es la

platina 3 4: " 3 16: .


78

4.6 ANÁLISIS DE FALLA ESTÁTICA (TEORÍA DEL MOMENTO

MÁXIMO)

4.6.1 NOMENCLATURA

��áX � Esfuerzo normal máximo.

Mmáx = Momento flector máximo.

Sxx = Módulo elástico de sección en el eje X – X (in3).

I = Momento de inercia.

C = Distancia del eje neutro a la fibra superior exterior de un perfil.

t = Espesor del perfil.

4.6.2 ABRAZADERA TRASERA

Gráfico 4.32. D.C.L. Abrazadera trasera

� � 22,81lbs.

ZU � 22,81 lbs.

T4 � 22,81 lbs. [U � 40,343 lbs.

TX � 40,343 lbs.

MO = 108,12 lbs – in.

VO

RHx

RHy

NO

MO

RD

VO

NO

MO

NO

79

4.6.2.1 Diagrama Cortante

Gráfico 4.33. Diagrama de corte

4.6.2.2 Diagrama Momento Flector

Gráfico 4.34. Diagrama de Momento flector

��áX � 108,12 �� )* .�/012 � 24000 �� )*9:

4 0 , 3 4 3 l b s

2 2 , 8 1 l b s2 2 , 8 1 l b s

4 0 , 3 4 3 l b s

A 1

A 2

1 0 8 , 1 2 l b s - i n

1 0 8 , 1 2 l b s - i n

(-)

(-)

80

��áX � ��áX3XX - .�/012 Se asumirá un factor de seguridad de 1,5 3XX 8 ��áX.�/012

3XX 8 108,12 �� )*24000 �� )*9: � 0,0045 )*q

3XX � ��

Gráfico 4.35. Corte de perfil para el momento de i nercia

Para una sección rectangular en la base � � �"2�q

� � ?

3XX � < " ?93

Si ? � 3 16: in.

< � 3 " 3XX?9

< � 3 " 169 " 0,004539 � 0,384 )*

+EFKG � ? " <

+EFKG � 316 " 0,284

+EFKG � 0,072 )*9

La platina seleccionada es de O �: " O MP: QR, con un +EFKG � 0,141 )*9. 9


d

t

81

4.6.3 SOPORTE HORIZONTAL

Gráfico 4.36. D.C.L. Soporte Horizontal junto con l as jotas

Datos :

V� � 126,01 ��. V� � 126,01 ��. Solución:

Σ�4 � 0

V� V� � R�S � R�9 � 0

R�S � R�9 � 126,01 lbs


Gráfico 4.37. Diagrama de Corte

4.6.3.2 B. Diagrama del Momento flector


o l m n

VS

NS

VL

NL

RJ1 RJ2

1 2 6 , 0 1 l b s

A 2 A 1( - ) ( + )

1 2 6 , 0 1 l b s 1 2 6 , 0 1 l b s

A 2 A 1( - ) ( - )

8 9 0 . 9 l b s - i n

82

��áX � 890,9 �� )*

3XX 8 ��áX.�/012 8 890,9 �� )*24000 �� )*9: � 0,0371 )*q

Para una sección cuadrada en la base � � ��q

3XX � ?q3

? � <

? � �3 " 3XX�

? � �3 " 0,0379� � 0,484 )*

+EFKG � <9

+EFKG � �0,484�9

+EFKG � 0,234 )*9

El perfil cuadrado seleccionado es de M N: QR. Con un área de 0,2500 in2. 10

4.6.4 BRAZO DE SUJECIÓN DEL PISTÓN

4.6.4.1 Brazo de Sujeción (eje x-y)

Gráfico 4.39. Brazo de Sujeción del Pistón

�\ � 100 ��. LX � 100 ��.


FP

oRox

Roy

Eje x

Eje y

RUx

RUy

Uo

Rox

Roy

M0

83

tX � 100 ��

L4 � 11,283 ��

t4 � 11,283 ��

4.6.4.1.1 Diagrama Cortante


4.6.4.1.2 Diagrama del Momento Flector


��áX � 173,19 �� )*

3XX 8 ��áX.�/012

3XX 8 173,19 �� )*24000 �� )*9: � 0,007216 )*q

1 1 , 2 8 3 l b s

1 0 0 l b s

1 0 0 l b s

A 1 ( + )

A 2 ( - )

1 1 , 2 8 3 l b s

1 7 3 , 1 9 l b s - i n

1 7 3 , 1 9 l b s - i n

( + )

( - )

84

Si ? � 3 16: in.

Para una sección rectangular � � �"2�q

< � 3 " 3XX?9

< � 3 " 169 " 0,00721639 � 0,615 )*

+EFKG � ? " <

+EFKG � 316 " 0,615

+EFKG � 0,115 )*9

La platina es de 3 4: " 3 16: )*, con un área de 0,141 in2. 11

4.6.4.2 Brazo de Sujeción del Pistón (eje x-z)

Gráfico 4.42. Brazo de Sujeción del Pistón (eje x-z )

LX � 100 ��. tX � 100 ��

L{ � 5 ��


Rox

Roz

M0

Eje x

Eje z

RUx

RUz

U

Rez

WP

Rozo

85

E � 5 ��. F{ � 46,515 ��

t{ � 41,515 ��

d = 16,25 in.

4.6.4.2.1 Diagrama Cortante


4.6.4.2.2 Diagrama del Momento Flector


��áX � 68,5 �� )*

A1(+)

A 2 ( - )

A 3

( + )

5 l b s

5 l b s

5 l b s

5 l b s

4 1 , 5 1 5 l b s

8 , 6 5 l b s - i n

6 8 , 5 l b s - i n

6 8 , 5 l b s - i n

( - )

( + )

86

3XX 8 68,5 �� )*24000 �� )*9: � 0,002854 )*q

Para sección rectangular con eje de momento en la base � � ��"2q

� � <

? � 3 " 3XX<9

? � 3 " 0,002854�16,25�9

+EFKG � ? " <

+EFKG � qSr " 0,4871

+EFKG � 0,091 )*9

La platina resultante es 1 2: " 3 16: )*, con un área de 0,094 in2. 12

Conclusión

El perfil que se va a utilizar para la construcción es la platina de O �: " O MP: QR.


87

4.6.5 CÁLCULO DE LAS PLACAS PARA LAS CHARNELAS

4.6.5.1 Placa de la Charnela Macho

4.6.5.1.1 Diagrama de cuerpo libre

Gráfico 4.45. D.C.L. de la Placa Base de la Charnel a macho

Se asume que cada agujero tracciona con una fuerza de 25 lbs. Debido a que cada

anillo soporta una fuerza de 50 lbs, estos anillos se encuentran en el medio de dos

perforaciones.

<cHIJ � 516 )*

.�/012 � 362 � 18 67�) �c.�/012 - +D

+D 8 25 ��18000 �� )*9: 8 0.00139 )*9

+EFKG � +D +1HIJ

+1HIJ � * " <1HIJFKL " ?

A B

C D

F A F B

F C F D

88

Se asume un espesor de perfil de 3/16 in.

+1HIJ � 4 " 516 " 316 � 0,234 )*9

+EFKG � 0,234 0,00139

+EFKG � 0,236 )*9

El perfil es una platina 1 1 2: " 3 16:

+EFKG � 0,281 )*9 (Área del perfil seleccionado) 13

Como las medidas de las placas es de 2 in de ancho, la platina debe ser de 2 "3 16: )*, con un área de perfil de 0,375 in2.

a) Comprobación del perfil seleccionado (efecto de empuje)

�� c+�S - .��/ +�S 8 +�9

+�S 8 25 ��18000 �� )*9: 8 0.000139 )*9

+�9 � * " <1HIJ " ?

+�9 � 4 " 516 " 316

+�9 � 0.234 )*9

Como +�S 8 +�9 el perfil seleccionado es el adecuado.

Para la charnela hembra se va a utilizar la platina de 2 " 3 16: )*, con un área de

perfil de 0,375 in2.

Nota: Las charnelas tanto hembra como macho pueden ser adquiridas en el

mercado, pero al no ser elementos tan complejos, se van a construir para disminuir

costos.


89

4.6.6 CÁLCULO DEL PASADOR DE LAS CHARNELAS

Gráfico 4.46. D.C.L Pasador

F�Q��óR � 100 ��

E1¡�LK � 2,165 )*

c � ¢ � 50 ��



FPistón

RA RB

5 0 l b s

( + )

A 1

( - )

A 2

5 0 l b s

5 0 l b s 5 0 l b s

90

4.6.6.2 Diagrama de Momento Flector


Acero de porcentaje de carbono A36.

2lg36000

pulbSy=

��áX � 54,13 �� )*

<E1¡1�LK � =£32 �. 3.Π " 34 ¥ ��9 ¦9��

No existe torsión en el pasador.

T = 0, por los tanto:

<E1¡1�LK � =£32 �. 3.Π " 34 ¥ " ��

Se asume un factor de seguridad de 2

<E1¡1�LK � =§ 32 " 2Π " 36000¨ " 54,13�

©�ª�ª©«¬ � , OMO QR

5 4 . 1 3 l b s - i n

(+)

91

4.7 ANÁLISIS DE FATIGA

4.7.1 NOMENCLATURA

Se = Resistencia a la fatiga del elemento.

3F® � Resistencia a la fatiga de la probeta.

61 � Factor de acabado Superficial.

6¯ � Factor de tamaño.

65 � Factor de confiabilidad.

6� � Factor de temperatura.

6F � Factor de concentración de esfuerzos.

6G � Factores varios.

°G � Factor de reducción de resistencia en el caso de fatiga.

<F± � Diámetro equivalente.

t = Espesor de perfil.

b = Ancho de perfil.

4.7.2 ABRAZADERA DELANTERA

3F � 61 " 6¯ " 65 " 6� " 6F " 6G " 3F® Todos los elementos mecánicos excepto los pasadores serán construidos con acero

de bajo porcentaje de carbono (acero A36).

34 � 36000 �� )*9:

3I2 � 58000 �� )*9: Cuando 3I2 - 200 67�) 3F® � 0,5 " 3I2 3F® � 0,5 " 58000

3F® � 29000 �� )*9:

Como los perfiles fueron laminados en caliente 61 � 0,7 14

14 Nota: Ver en el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 308, figura 7,10.

92

Gráfico 4.49. Corte del perfil

<F± � =0,05 " ? " �0,076

<F± � =0,05 " 0,5 " 0,18750,076 � 0,248 )*

Como <F± - 0,3 )* entonces 6¯ � 1

Se supone que 65 � 1 y 6� � 1

6F � 1°G

°G � 1 ²�°2 � 1�

Gráfico 4.50. Oreja de la abrazadera delantera <1HIJ� � 0,3750,5 � 0,75

93

Mediante el gráfico °2 ³� <1HIJFKL �: se obtiene el valor de °2.15

°2 � 2,08

² � 0,78 16 °G � 1 0,78�2,08 � 1�

°G � 1,8424

6F � 11,8424

6F � 0,54

6G � 1

S´ � 0,7 " 1 " 1 " 1 " 0,54 " 1 " 29

S´ � 10,962 kpsi ��áX � 126,01 ��

��_] � 6,26 ��

��áX � ��áX+B>#

��_] � ��_]+B>#

�1 � ��1X � ��_]2

�1 � 126,01 � 6.262 " + � 59,87+

�� 1X ��_]2

�� 126,01 6.262 " + � 66,14+

15 Nota: Ver en el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-1. 16 Nota: ver el manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 322, figura 7,18.

94

Gráfico 4.51. Esfuerzos Fluctuantes


+ � �� <� " ?

+ � �0,5 � 0,375� " 0,1875

+ � 0,0234 )*

�1 � 2,54 67�) �� 2,82 67�) B � �1�� 313�

B � 59,8666,14 � 0,91

313F 3�3I2 � 1 �>$%#$)ó* <> µ@@<A#*�

31 � B " 3� �¶$ 1�

σa

σminσm

t i e m p o

Es

fu

er

zo

σ a

σ m

Se

Su t

95

Sustituimos la ecuación 1 en la ecuación de Goodman

B " 3�3F 3�3I2 � 1

3� � 3F " 3I2B " 3I2 3F

3� � 10,962 " 580,91 " 58 10,962

3� � 9,97 67�) 31 � 9,07 67�) �. 3� � 3��

�. 31 � 31�1

�. 31 � 9.072,54

�. 31 � 3,57

�. 3� � 3,54

4.7.3 ABRAZADERA TRASERA

4.7.3.1 Fatiga tramo a Flexión

Gráfico 4.53. Gráfico de la Abrazadera Trasera

96

3F � 61 " 6¯ " 65 " 6� " 6F " 6G " 3F® 3I2 � 58000 �� )*9: Cuando 3I2 - 200 67�) 3F® � 0,5 " 3I2 3F® � 29000 �� )*9:



<F± � =0,05 " ? " �0,076

<F± � =0,05 " 0,75 " 0,18750,076 � 0,304 )*

Como 0,3 )* · <F± · 10 )* entonces:

6¯ � 0,869<F±V¸,¸¹º

6¯ � 0,869�0,304�V¸,¸¹º

6¯ � 0,975


17 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 308, figura 7,10.

97

6F � 1°G

°G � 1 ²�°2 � 1�

Gráfico 4.55. Oreja de la abrazadera trasera <1HIJ� � 0,3750,75 � 0,5


°2 � 1,5

² � 0,78 19 °G � 1 0,78�1,5 � 1�

°G � 1,39

6F � 11,39

6F � 0,719

6G � 1

S´ � 0,7 " 0,975 " 1 " 1 " 0,719 " 1 " 29

S´ � 14,24 kpsi ��áX � 24,63 �� )*

��_] � 7,5 �� )* 18

Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-2. 19 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 322, figura 7,18.

98

��áX � ��áX " ��

� � 112 " �� <� " ?q

� � 112 " �0,75 � 0,375� " �0.1875�q

� � 1,902 " 10Vb )*b

� � ?2

� � 0,09375 )*

��áX � 24.63 " 0,093751,902 " 10Vb

��áX � 12,14 67�) ��_] � ��_] " ��

��_] � 7,05 " 0,093751,902 " 10Vb

��_] � 3,474 67�) �1 � ��1X � ��_]2

�1 � 12,14 � 3,4742

�1 � 4,333 67�) �� 1X ��_]2

�� 12,14 3,4742

�� 7,807 7�)

99



B � �1�� 313�

B � 4,333 7,807 � 0,55

3� � 3F " 3I2B " 3I2 3F

3� � 14,24 " 580,55 " 58 14,24

3� � 17,9 67�) 31 � 9,845 67�) �. 31 � 2,29

�. 3� � 2,27

4.7.3.2 Fatiga tramo a Tracción

61 � 0,7

6¯ � 1


σa

σminσm

t i e m p oE

sf

ue

rz

o

σ a

σ mSe

Su t

100

6F � 1°G

°G � 1 ²�°2 � 1�

<1HIJ� � 0,3750,75 � 0,5


°2 � 2,19

² � 0,78 21 °G � 1 0,78�2,19 � 1�

°G � 1,9282

6F � 11,9282

6F � 0,5186

6G � 1

S´ � 0,7 " 1 " 1 " 1 " 0,5186 " 1 " 29

S´ � 10,527 kpsi ��áX � 22,81 ��

��_] � 6,94 ��

+ � �� <� " ?

+ � �0,75 � 0,375� " 0,1875

+ � 0,0703 )*9

��áX � ��áX+B>#

��áX � 325,85 7�) ��_] � ��_]+B>#

20 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-1. 21 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 322, figura 7,18.

101

��_] � 99,14 7�) �1 � ��1X � ��_]2

�1 � 325,85 � 99,142 � 113,3 7�) �� 1X ��_]2

�� 325,85 99,142 � 212,4 7�)



B � �1�� 313�

B � 113.3212,4 � 0,533

313F 3�3I2 � 1 �>$%#$)ó* <> µ@@<A#*�

31 � B " 3� �¶$ 1�

Sustituimos la ecuación 1 en la ecuación de Goodman B " 3�3F 3�3I2 � 1

σa

σminσm

t i e m p o

Es

fu

er

zo

σ a

σ mSe

Su t

102

3� � 3F " 3I2B " 3I2 3F

3� � 10,527 " 580,533 " 58 10,527

3� � 14,733 67�) 31 � 7,852 67�) �. 3.1 � 69

�. 3.� � 68

Conclusión

El factor de seguridad del conjunto 2,3.

4.7.4 SOPORTE VERTICAL

3F � 61 " 6¯ " 65 " 6� " 6F " 6G " 3F® 3F® � 29000 �� )*9:



<F± � =0,05 " ? " �0,076

<F± � =0,05 " 0,5 " 0,18750,076 � 0,248 )*

Como <F± - 0,3 )* entonces 6¯ � 1


103


6F � 1°G

°G � 1 ²�°2 � 1�

Gráfico 4.61. Oreja de la Abrazadera delantera <1HIJ� � 0,3750,5 � 0,75


°2 � 2,08

² � 0,78 24

°G � 1 0,78�2,08 � 1�

°G � 1,8424

6F � 11,8424

6F � 0,54

6G � 1

S´ � 0,7 " 1 " 1 " 1 " 0,54 " 1 " 29

S´ � 10,962 kpsi ��áX � 126,01 ��


104

��_] � 6,26 ��

+ � �� <� " ?

+ � �0,5 � 0,375� " 0,1875

+ � 0,023 )*9

��áX � ��áX+B>#

��áX � 5,47 67�) ��_] � ��_]+B>#

��_] � 0,272 67�) �1 � ��1X � ��_]2

�1 � 5,47 � 0.2722 � 2,603 67�) �� 1X ��_]2

�� 5,47 � 0.2722 � 2,875 67�)



σa

σminσm

t i e m p o

Es

fu

er

zo

σ a

σ mSe

Su t

105

B � �1�� 313�

B � 2,6032,875 � 0,905

3� � 3F " 3I2B " 3I2 3F

3� � 10,962 " 580,905 " 58 10,962

3� � 10,02 67�) 31 � 9,06 67�) �. 3.1 � 3,48

�. 3.� � 3,48

4.7.5 SOPORTE HORIZONTAL

Gráfico 4.64. D.C.L. del Soporte Horizontal

3F � 61 " 6¯ " 65 " 6� " 6F " 6G " 3F® 3I2 � 58000 �� )*9: º 3F® � 29000 �� )*9:



FF

106


<F± � =0,05 " ? " �0,076

<F± � =0,05 " 0,5 " 0,50,076 � 0,406 )*

Como 0,3 )* · <F± · 10 )* entonces:

6¯ � 0,869<F±V¸,¸¹º

6¯ � 0,869�0,406�V¸,¸¹º

6¯ � 0,949


6F � 1°G

°G � 1 ²�°2 � 1�

Gráfico 4.66. Agujero del Soporte horizontal

107

<1HIJ� � 0,250,5 � 0,5

<1HIJ» � 0,250.5 � 0,5

Mediante el gráfico °2 ³� <1HIJFKL �: se obtiene el valor de °2. 26

°2 � 1,8

² � 0,78 27

°G � 1 0,78�1,8 � 1�

°G � 1,624

6F � 11,624

6F � 0,616

6G � 1

S´ � 0,7 " 0,949 " 1 " 1 " 0,616 " 1 " 29

S´ � 11,867 kpsi ��áX � 212,01 �� )*

��_] � 44,25 �� )*

��áX � ��áX " ��

� � 112 " �� <� " ?q

� � 112 " �0,5 � 0,25� " �0,5�q

� � 2,604 " 10Vq

� � ?2

� � 0,25 )*

��áX � 212,01 " 0,252,604 " 10Vq


108

��áX � 20,362 67�) ��_] � ��_] " ��

��_] � 44,25 " 0,252,604 " 10Vq

��_] � 4,248 67�) �1 � ��1X � ��_]2

�1 � 20,362 � 4,2482

�1 � 8,057 67�) �� 1X ��_]2

�� 20,362 4,2482

�� 12,305 67�)



B � �1�� 313�

σa

σminσm

t i e m p o

Es

fu

er

zo

σ a

σ mS e

Su t

109

B � 8,05712,305 � 0,654

3� � 3F " 3I2B " 3I2 3F

3� � 11,867 " 580,654 " 58 11,867

3� � 13,821 67�) 31 � 9,04 67�) �. 3.1 � 1,12

�. 3.� � 1,12

4.7.6 BRAZO DE SUJECIÓN DEL PISTÓN

Gráfico 4.69. Gráfico del brazo de sujeción del Pis tón

3F � 61 " 6¯ " 65 " 6� " 6F " 6G " 3F® 3F® � 29000 �� )*9:




F

110

<F± � =0,05 " ? " �0,076

<F± � =0,05 " 0,75 " 0,18750,076 � 0,304 )*

Como 0,3 )* · <F± · 10 )* entonces:

6¯ � 0,869<F±V¸,¸¹º

6¯ � 0,869�0,304�V¸,¸¹º

6¯ � 0,975


6F � 1°G

°G � 1 ²�°2 � 1�

Gráfico 4.71. Agujero del brazo de soporte del Pist ón <1HIJ� � 0,3750,75 � 0,5


°2 � 2,18

² � 0,78 30

29 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-1.

111

°G � 1 0,78�2,18 � 1�

°G � 1,92

6F � 11,92

6F � 0,52

6G � 1

S´ � 0,7 " 0,975 " 1 " 1 " 0,52 " 1 " 29

S´ � 10,30 kpsi ��áX � 100 �� Cuando el cilindro trabaje a la presión máxima de 80psi.

��_] � 0 �� Cuando el cilindro neumático no trabaje.

+ � �� <� " ?

+ � 0,07 )*9

��áX � ��áX+B>#

��áX � 1.428 67�) ��_] � ��_]+B>#

��_] � 0

�1 � ��1X � ��_]2

�1 � 714 7�) �� 1X ��_]2

�� 714 7�)


112

Gráfico 4.72. Esfuerzos Alternantes con Inversión C ompleta


B � �1�� 313�

B � 714714 � 1

3� � 3F " 3I2B " 3I2 3F

3� � 10,30 " 581 " 58 10,30

3� � 8,746 67�) 31 � 8,746 67�) �. 3 � 12,24

σa

σm

t i e m p oE

sf

ue

rz

o

σ a

σ mSe

S u t

113

4.7.7 PLACAS BASE DE LAS CHARNELAS

Gráfico 4.74. D.C.L. de la placa base de Charnela

3F � 61 " 6¯ " 65 " 6� " 6F " 6G " 3F® 3F® � 29000 �� )*9:



El análisis se realizará dividiendo a la placa en cuatros cuadrantes, de los cuales se

analizará uno, pues los otros tres son similares.

<F± � =0,05 " ? " �0,076


F

F F

F

114

<F± � =0,05 " 1 " 0,18750,076 � 0,351 )*

Como 0,3 )* · <F± · 10 )* entonces:

6¯ � 0,869<F±V¸,¸¹º

6¯ � 0,869�0,351�V¸,¸¹º

6¯ � 0,962


6F � 1°G

°G � 1 ²�°2 � 1�

Gráfico 4.76. División de la placa base de Charnela <1HIJ� � 0,31251 � 0,3125


°2 � 2,35

² � 0,78 33

°G � 1 0,78�2,35 � 1�

°G � 2,053

32 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-1.


115

6F � 12,053

6F � 0,487

6G � 1

S´ � 0,7 " 0,962 " 1 " 1 " 0,487 " 1 " 29

S´ � 9,51 kpsi ��áX � 25 ��

��_] � 0 ��

+ � �� <� " ?

+ � 0,1289 )*9

��áX � ��áX+B>#

��áX � 123,93 7�) ��_] � ��_]+B>#

��_] � 0

�1 � ��1X � ��_]2

�1 � 96,97 7�) �� 1X ��_]2

�� 96,97

Gráfico 4.77. Esfuerzos alternantes

σa

σm

t i e m p o

Es

fu

er

zo

116


B � �1�� 313�

B � 96,9796,97 � 1

3� � 3F " 3I2B " 3I2 3F

3� � 9,51 " 581 " 58 9,51

3� � 8,17 67�) 31 � 8,17 67�) �. 3 � 84,25

4.7.8 CÁLCULO DE LOS PASADORES DE LAS CHARNELAS

Gráfico 4.79. D.C.L Pasador

3F � 61 " 6¯ " 65 " 6� " 6F " 6G " 3F® 3F® � 19,2 0,314 " 3I5 Para carga axial cuando 3I5 8 60 67�) 3I5 � 0,6 " 3I2 3I5 � 34,8 67�) Como no es mayor a 60kpis, tenemos que:

3F® � 29000 �� )*9:

σ a

σ mSe

Su t

117

61 � 0,85 34

<E1¡1�LK � 0,269 )*

Como <F± - 0,3 )* entonces:

6¯ � 1


6F � 1°G

°G � 1 ²�°2 � 1�

Gráfico 4.80. Sección del pasador BK1]IK1<_]2FK]L � 0,03940,349 � 0,1

¼FX2FK_LK<_]2FK]L � 0,4720,349 � 1,35

Mediante el gráfico °2 ³� <1HIJFKL �: se obtiene el valor de °2. 35.

°2 � 1,8

² � 0,5 36

°G � 1 0,5�1,8 � 1�

°G � 1,4

34 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 308, figura 7,10. 35 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-15 36 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 322, figura 7,18.

118

6F � 11,4

6F � 0,714

6G � 1

S´ � 0,85 " 1 " 1 " 1 " 0,714 " 1 " 29

S´ � 17,6 kpsi ��áX � 54,13 ��

��_] � 0 ��

� � ; " <_]2FK]Lb64

� � 1,1 " 10Vq

� � <_]2FK]L2

� � 0,197

��áX � ��áX " ��

��áX � 9,694 67�) ��_] � 0

�1 � ��1X � ��_]2

�1 � 4,847 67�) �� 1X ��_]2

�� 4,847 67�)

Gráfico 4.81. Esfuerzos Alternantes con Inversión C ompleta

σa

σm

E s f u e r z o a l t e r n a n t e

t i e m p o

Es

fu

er

zo

119


B � �1�� 313�

B � 1

3� � 3F " 3I2B " 3I2 3F

3� � 17,6 " 581 " 58 17,6

3� � 13,502 67�) 31 � 13,502 67�) �. 3 � 2,78

Tabla 4.11. Selección de Perfiles

σ a

σ mSe

Su t

Estático DinámicoAbrazadera Delantera Platina 1/2 *3/16 in 2 3,54Abrazadera Trasera Platina 3/4 *3/16 in 1,5 2,3Soporte Vertical Platina 1/2 *3/16 in 2 3,48Soporte Horizontal Cuadrado Sólido de 1/2 in 1,5 1,12Brazo de Sujeción Platina 3/4 *3/16 in 1,5 12,24Bases de las Charnelas Platina de 2 *3/16 2 84,25Pasador de la Charnela Eje Ø 0,472 2 2,78

1,5 1,12

Factor de SeguridadPerfil SeleccionadoElemento

FACTOR DE SEGURIDAD DEL SISTEMA

120

4.8 MODELO MATEMÁTICO

El siguiente modelo matemático se utilizará para la el cálculo de la potencia de la

bicicleta neumática.

Para la construcción del modelo matemático se iniciará desde el principio de

conservación de masa hasta llegar a la ecuación de la potencia.

Principios fundamentales:

• Principios de Newton.

• Ecuación de la continuidad.

• Primer y segundo principio de la termodinámica.

• Condiciones de Contorno.

• Ecuación de Estado.

• Viscosidad de Newton.

• Principio de conservación de masa: ��2 � 0 (Ecuación 2)

Masa constante

• Principio de Newton

Σ� � ��2 �A³� (Ecuación 3)

Masa constante.

³ � Velocidad de rotación del centro de gravedad del sistema.

• Proceso Irreversible.- Este proceso toma en cuenta la viscosidad, el

rozamiento, la histéresis y la expansión libre, ya que el modelo matemático

trata de un proceso real.

• Irreversibilidad. - Se refiere a trabajo perdido y no a una pérdida real de

energía.

• Flujo Turbulento. - El flujo turbulento es un flujo inestable y el más común en

ingeniería.

• Flujo Adiabático. - En esta clase de flujo no existen pérdidas de energía, es

decir, no entra ni sale calor pues se desprecia el rozamiento, por lo que puede

ser considerado también como un flujo Isoentrópico.

121

Análisis de Flujo:

• Flujo permanente (Velocidad en las direcciones x, y, z son constantes)

½Y½2 � 0 (Ecuación 4)

½¾½2 � 0 (Ecuación 5)

½\½2 � 0 (Ecuación 6)

½�½2 � 0 (Ecuación 7)

• Flujo Uniforme (Vector velocidad idéntico)

½Y½f � 0 (Ecuación 8)

Ejemplo: Cuando se bombea un líquido dentro de una tubería recta de

sección uniforme.

• Línea de corriente.- Es una línea continua trazada en el fluido, que en cada

punto es tangente al vector velocidad.

Gráfico 4.83. Líneas de Corriente en Flujo permanen te

• Caudal.- Cuando las líneas de corriente se encuentran más próximas estas

tienen mayor velocidad.

³. � ³>�@$)<#< A><)# >*?B> <@� �í*>#� <> $@BB)>*?>. ». � <)�?#*$)# <> �>7#B#$)ó* >*?B> �í*>#� <> $@BB)>*?>

Δ² � ³» (No toma en cuenta la dimensión de profundidad)

• Tubo de Corriente.- esta formado por las líneas de corriente, no hay paso de

fluido a través de sus paredes porque el vector velocidad no tiene componente

normal al tubo.

122

ECUACION DE LA CONTINUIDAD

Esta es la expresión analítica del Principio General de la conservación de la masa.

V.C..- Volumen de control

ÁA¡1Â . ��#�# ²%> #�#*<@�*# >� ³@�%A>* <> $@*?B@� ÁA¡1Â Á? � �#%<#� >* A#�# �#�)>*?> <>� @�%A>* <> $@*?B@� ÁAF]. ��#�# ²%> >*?B# #� ³@�%A>* <> $@*?B@� En un instante determinado t, la masa en el volumen de control es constante

½�ÃÄ½2 � ½½2 Å Æ <^, Z � Å ½¾½2^, <Z (Ecuación 9)

½�ÇÈÉ½2 � Å Æ ³]< +¡1Â � Å Æ³$@�ÊcÇÈÉ <+¡1Â (Ecuación 10)

³. �³>�@$)#<#< *@BA#� # �# �%7>B|)$)> <> $@*?B@� �7@�)?)³# »#$)# >� >W?>B)@B <>� >�>A>*?@ <> #B>#�

Ë�ÃÄË2 � � Å Æ³$@�Ê <F] +F] (Ecuación 11)

Caudal neto entrante (en masa)

½�ÃÄ½2 � ½�ÇÈÉ½2 � � Å Æ ³$@�Ê <c + � � Å Æ ³ <+ (Ecuación 12)

• Conjunto de tubos de corriente

Z � Sc Å ³ <+ � Ì � +³c (Ecuación 13)

Æ9³9Á+9 � ÆS³SÁ+S � 0 (Ecuación 14) ��2 � ÆSÌS � Æ9Ì9 ��%Í@ 7>BA#*>*?> > )*$@A7B>�)��>� (Ecuación 15)

Ì � +SZS � +9Z9 (Ecuación 16)

Si Æ es constante entonces:

Å ³ " <+ � 0^5 (caudal saliente neto en volumen) (Ecuación 17)

• Ecuación de Euler (Viscosidad cero, fluido sin rozamiento, sin consideraciones

de cortadura)

Fuerza de Gravedad � Æ " z " Á+Á3 (Ecuación 18)

123

Presión � � " Á+ (dirección+S) (aguas arriba) (Ecuación 19)

Fuerza mecánica en dirección S � Æ " z " Á+Á3 " cos Î (Ecuación 20)

Segundo principio de Newton Σ� � ÁA " # (Ecuación 21)

�Á+ � Ï� Ð½\½fÑ Ò3Ó Á+ � Æ " zÁ+Á3 " cos Î � ÆÁ+Á3 " # (Ecuación 22)

# � Aceleración a lo largo de la línea de corriente

Masa de Partícula � ÆÁ+Á3 (Ecuación 23)

ÁÔ�Δ #�?%B#� Õ Á3 Õ cos Î � Ë{Ëf � ½{½f (Ecuación 24)

Dividiendo ecuación 23 para la 22 tenemos: S¾ " ½\½f z " cos Î # � 0 (Ecuación 25)

# � �Y�2 (v depende de (S,t)) entonces:

# � �Y�2 � ½Y½f " �f�2 ½Y½2 (Ecuación 26)

Sustituyendo la ecuación 26 en 25: S¾ " ½\½f z " cos Î ³ " ½Y½2 ½Y½2 � 0 (Ecuación 27)

½Y½2 � 0 (Fluido permanente)

S¾ " ½\½f z " cos Î ³ " ½Y½2 � 0 (Ecuación 28)

�\¾ z<Ô ³<³ � 0 (Fluido a lo largo de la línea de corriente, sin

rozamiento, flujo permanente) (Ecuación 29)

Incluyendo el segundo principio de la termodinámica en la ecuación 29 tenemos:

Ì � � �\¾ z<Ô ³<³ ÖEéK�_�1¡ (Ecuación 30)

El calor es despreciable, entonces se puede considerar como un sistema adiabático

donde:

Ì � 0

Por lo que la ecuación 30 quedaría expresada de la siguiente manera:

� � �\¾ z<Ô ³<³ ÖEéK�_�1¡ (Ecuación 31)

124

� � Å �\¾S ØzÔ|S ØYÚ9 Û¸

S ÖEéK�_�1¡ (Ecuación 32)

La constante de integración es:

$ � \Ü¾ÜÝ (Ecuación 33)

Despejando la densidad de la ecuación 33:

Æ¸ � �LS/ß " $ (Ecuación 34)

Sustituyendo la ecuación 34 en la 32

� � Å �\\àá/Ý"5 S ØzÔ|S ØYÚ9 Û¸


� � S5 Å �\\àá/Ý S ØzÔ|S ØYÚ9 Û¸


� � ØS5 " â\ãÏáÝÓäáVáÝåS æç¸

S ØzÔ|S ØYÚ9 Û¸


� � ØS5 " â\áãÏáÝÓSVáÝ æç¸

S ØzÔ|S ØYÚ9 Û¸


� � ,"ßßVS " Ð�S�ßVS�/ß � ��ßVS�/ßÑ zÔS � zÔ¸ YáÚ9 � YÜÚ

9 ÖEéK�_�1¡ (Ecuación 39)

� ,Ü"ßßVS " �ÝãáÝ zÔ¸ YÜÚ9 � ,á"ßßVS " �S

ÝãáÝ zÔS YáÚ9 ÖEéK�_�1¡ (Ecuación 40)

De la ecuación 6 despejamos la velocidad

ZS � Ì+

Ì � 2,8 |?q A)*:

<2I¯FKí1 � 0,0131 |?

+ � ; �Úb (Ecuación 41)

+ � 0,000135 |?9

ZS � 27354 |? A)*:

ZS � 91,17 )* �:

125

�E � ��I¯FKí1 �155F¡LK_L¡ (Ecuación 42)

�� 30 6�#

�155 � 6,68 A

� � 80 ��) Presión en los acumuladores

� � 550 6�#

�S � 71,4 6�#

6 � 1,4

Æ¸ � 0,00023 �� )*q:

ÆS � 0.849 èkg mq: é

Sustituyendo los datos en la ecuación 33 tenemos:

�¸ � �Æ¸ß � 80 Ï�� )*9: Ó�0,00023�S,b Ï�� )*q: ÓS,b

�¸ � 9923640,35 �S � �¸ " Ï\á\ÜÓ (Ecuación 43)

�S � 1288268,95

Sustituimos los valores en la ecuación 40

� ¹¹9qrb¸,qê"S,bS,bVS " 80�S,bVS�/S,b � S9ëë9rë,¹ê"S,bS,bVS " 10,4�S.bVS�/S.b ¹S,SºÚ9 b,qê¸,¸¸¸9q 8460,07

� 108511476 )*9 �9:

� 70007.26 A9 �9:

�L2 � ÆS " 5_Â_]�KL " Ì (Ecuación 44)

�L2 � 0.849 èkg mq: é " 70007.26�m9 s9: � "0,08 èmq min: é

60}s min: �

�L2 � 79, 24 Es la potencia del cilindro neumático.

126

4.9 CÁLCULO DE LA ALTERNATIVA NEUMÁTICA

4.9.1 CÁLCULO DE LOS CILINDROS NEUMÁTICOS

4.9.1.1 Simbología

AEC.- Área Efectiva del Cilindro

F.- Fuerza del embolo

RC.- Relación de compresión

CA.- Consumo de Aire

C.- Carrera

P.- Presión

4.9.1.1.1 Formulario Neumático

+B># ¶|>$?)³# <>� �)�)*<B@ � ;�¼ )*?>B*@�9 4

�%>BÔ# <>� >A�@�@ � �B>�)ó* <> ¦B#�#Í@ <>� +$?%#<@B+B># >|>$?)³# <>� �)�)*<B@

>�#$)ó* <> �@A7B>�)ó* � �B>�)ó* <> ?B#�#Í@ �B>�)ó* +?A@�|éB)$#�B>�)ó* +?A@�|éB)$#

�@*�%A@ <> #)B> � +¶� W � W �

�@*�%A@ 7@B A)*%?@ � �+ W [º <> �#BB>B#� 7@B �>z%*<@ W 60 Z@�%A>* <>� ?#*²%> � ; W �¼ )*?>B*@ <>� ?#*²%>�9

4 W @*z)?%< <>� ?#*²%>

�#7#$)<#< ì?)� <>� ?#*²%> � Z@�%A>* <>� ?#*²%> W � <>� ¦#*²%> � � <> ?B#�#Í@� #?A@�|éB)$#

¦)>A7@ <> |%*$)@*#A)>*?@ >* A)*%?@� � �#7#$)<#< ì?)� <>� ?#*²%>�@*�%A@ 7@B A)*%?@

127

4.9.1.1.2 Ejemplo de Cálculo

Se realizará el cálculo con un cilindro neumático de 32mm (de diámetro).

+¶� � ;�¼ )*?>B*@�9 4

+¶� � ;�1,259 )*�9 4

+¶� � 1,2429 )*9

� � �B>�)ó* <> ¦B#�#Í@ <>� +$?%#<@B " +¶�

� � 80 �� )*9: " 1,2429 )*9

� � 99,43 ��

� � �B>�)ó* <> ?B#�#Í@ �B>�)ó* +?A@�|éB)$#�B>�)ó* +?A@�|éB)$#

� � 80 7�) 10,4 7�)10,4 7�)

� � 8,69

Para el cálculo de la relación de compresión se utilizó la presión atmosférica de Quito

que fue tomada de las cartas psicrométricas, de la Escuela Politécnica Nacional,

Facultad de Ingeniería Mecánica.

�+ � +¶� W � W �

�+ � 1,2429 )*9 " 15,748 )* " 8,69

�+ � 170,14 )*q

128

Tabla 4.12. Para Obtención de Fuerza del Cilindro N eumático con Presión de

100 Psi

NOTA: La zona gris indica la zona en la que la fuerza del cilindro es útil para el

diseño

Tabla 4.13. Para Obtención de Fuerza del Cilindro N eumático con Presión de 80

Psi


diseño

Diametro (mm) Area (mm2) D (in) Area (in2) Fuerza (lbf) Presion (psi) Carrera (mm) Carrera (in)

8 50,27 0,315 0,078 7,791 100 400 15,74810 78,54 0,394 0,122 12,174 100 400 15,74812 113,10 0,472 0,175 17,530 100 400 15,74814 153,94 0,551 0,239 23,860 100 400 15,74816 201,06 0,630 0,312 31,165 100 400 15,74818 254,47 0,709 0,394 39,443 100 400 15,74820 314,16 0,787 0,487 48,695 100 400 15,74822 380,13 0,866 0,589 58,921 100 400 15,74824 452,39 0,945 0,701 70,121 100 400 15,74826 530,93 1,024 0,823 82,294 100 400 15,74828 615,75 1,102 0,954 95,442 100 400 15,74830 706,86 1,181 1,096 109,564 100 400 15,74832 804,25 1,260 1,247 124,659 100 400 15,74834 907,92 1,339 1,407 140,728 100 400 15,74836 1017,88 1,417 1,578 157,771 100 400 15,74838 1134,12 1,496 1,758 175,789 100 400 15,74840 1256,64 1,575 1,948 194,780 100 400 15,74842 1385,45 1,654 2,147 214,744 100 400 15,74844 1520,53 1,732 2,357 235,683 100 400 15,748


8 50,266 0,315 0,078 6,233 80 400 15,74810 78,540 0,394 0,122 9,739 80 400 15,748

12 113,098 0,472 0,175 14,024 80 400 15,748

14 153,938 0,551 0,239 19,088 80 400 15,74816 201,062 0,630 0,312 24,932 80 400 15,748

18 254,470 0,709 0,394 31,554 80 400 15,748

20 314,160 0,787 0,487 38,956 80 400 15,74822 380,134 0,866 0,589 47,137 80 400 15,748

24 452,390 0,945 0,701 56,097 80 400 15,748

26 530,930 1,024 0,823 65,836 80 400 15,74828 615,754 1,102 0,954 76,354 80 400 15,748

30 706,860 1,181 1,096 87,651 80 400 15,748

32 804,250 1,260 1,247 99,727 80 400 15,74834 907,922 1,339 1,407 112,583 80 400 15,748

36 1017,878 1,417 1,578 126,217 80 400 15,748

38 1134,118 1,496 1,758 140,631 80 400 15,74840 1256,640 1,575 1,948 155,824 80 400 15,748

42 1385,446 1,654 2,147 171,796 80 400 15,748

44 1520,534 1,732 2,357 188,547 80 400 15,74846 1661,906 1,811 2,576 206,077 80 400 15,748

129


Psi


diseño


Psi


diseño.


10 78,540 0,394 0,122 7,304 60 400 15,74814 153,938 0,551 0,239 14,316 60 400 15,74818 254,470 0,709 0,394 23,666 60 400 15,74822 380,134 0,866 0,589 35,352 60 400 15,74826 530,930 1,024 0,823 49,377 60 400 15,74830 706,860 1,181 1,096 65,738 60 400 15,74834 907,922 1,339 1,407 84,437 60 400 15,74838 1134,118 1,496 1,758 105,473 60 400 15,74840 1256,640 1,575 1,948 116,868 60 400 15,74842 1385,446 1,654 2,147 128,847 60 400 15,748

44 1520,534 1,732 2,357 141,410 60 400 15,74846 1661,906 1,811 2,576 154,558 60 400 15,74850 1963,500 1,969 3,043 182,606 60 400 15,74854 2290,226 2,126 3,550 212,991 60 400 15,74858 2642,086 2,283 4,095 245,714 60 400 15,748


10 78,540 0,394 0,122 4,869 40 400 15,74814 153,938 0,551 0,239 9,544 40 400 15,748

18 254,470 0,709 0,394 15,777 40 400 15,748

22 380,134 0,866 0,589 23,568 40 400 15,74826 530,930 1,024 0,823 32,918 40 400 15,748

30 706,860 1,181 1,096 43,825 40 400 15,748

34 907,922 1,339 1,407 56,291 40 400 15,74838 1134,118 1,496 1,758 70,315 40 400 15,748

42 1385,446 1,654 2,147 85,898 40 400 15,74846 1661,906 1,811 2,576 103,038 40 400 15,748

50 1963,500 1,969 3,043 121,737 40 400 15,748

52 2123,722 2,047 3,292 131,671 40 400 15,74854 2290,226 2,126 3,550 141,994 40 400 15,748

58 2642,086 2,283 4,095 163,810 40 400 15,74862 3019,078 2,441 4,680 187,183 40 400 15,74866 3421,202 2,598 5,303 212,115 40 400 15,748

130

Tabla 4.16. Selección del Cilindro Neumático (CONSU MO DE AIRE en pies

cúbicos por pulgada de carrera)

Tabla 4.17. Selección del Cilindro Neumático (Para una presión de trabajo de

100 psi se escoge cilindro de 30 mm de diámetro)

D int (in) D int (mm) Area (ft^2)

40 60 80 100

0,5 12,7 0,0014 0,0006 0,0008 0,0010 0,0012

0,75 19,05 0,0031 0,0012 0,0017 0,0022 0,0027

1 25,4 0,0055 0,0022 0,0031 0,0040 0,0048

1,25 31,75 0,0085 0,0034 0,0048 0,0062 0,0075

1,375 34,925 0,0103 0,0042 0,0058 0,0075 0,0091

1,5 38,1 0,0123 0,0050 0,0069 0,0089 0,0109

1,75 44,45 0,0167 0,0067 0,0094 0,0121 0,0148

2 50,8 0,0218 0,0088 0,0123 0,0158 0,0193

2,125 53,975 0,0246 0,0099 0,0139 0,0178 0,0218

2,25 57,15 0,0276 0,0112 0,0156 0,0200 0,0244

2,5 63,5 0,0341 0,0138 0,0192 0,0247 0,0302

2,75 69,85 0,0412 0,0167 0,0233 0,0299 0,0365

3 76,2 0,0491 0,0198 0,0277 0,0356 0,0434

3,50 88,9 0,0668 0,0270 0,0377 0,0484 0,0591

4 101,6 0,0873 0,0352 0,0492 0,0632 0,0772

4,50 114,3 0,1104 0,0446 0,0623 0,0800 0,0977

5 127 0,1364 0,0551 0,0769 0,0988 0,1206

5,50 139,7 0,1650 0,0666 0,0931 0,1195 0,1460

6 152,4 0,1964 0,0793 0,1108 0,1422 0,1737

PRESION (psi)

Consumo por pulg : 0,007539 ft^3/pulg

Consumo en volumen: 0,12 ft^3

Velocidad del Pistón: 10 pulg/s

Presión atmosferica: 10,4 psi

Presión de trabajo: 100 psi

Consumo por minuto: 4,523 ft^3/min

Capacidad Util tanque: 36,164 ft^3

Volumen de tanque: 0,166 ft^3

Presión del tanque: 2340 psi

Tiempo de Función: 7,92 minutos

131

Tabla 4.18. Selección del Cilindro Neumático (Para una presión de trabajo de 80

psi se escoge cilindro de 32 mm de diámetro)























132



4.9.2 CÁLCULO DEL ACUMULADOR


VT.- Volumen del Tanque

LT.- Longitud del tanque

CUT.- Capacidad Útil del Tanque

P.- Presión

CPM.- Consumo por minuto.

TFM = Tiempo de funcionamiento en minutos.

4.9.2.1.1 Formulario Neumático

Z¦ � ; W �¼ )*?>B*@ <>� ?#*²%>�94 W @*z)?%< <>� ?#*²%>

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133

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Z¦ � ; " �3,94 )*�94 " 23,62 )*

Z¦ � 287,98 )*q

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�� 6533,47 )*q/A)* ¦�� ì¦�@*�%A@ 7@B A)*%?@

¦�� 62580,27 )*q6233,47 )*q � A)*

¦�� 9 min 58 �>z

4.9.3 CÁLCULO PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL ACUMULADOR


S = Tensión máxima Admisible del material.

e = Sumando adicional que tiene en cuenta la corrosión.

P = Presión.

R = Radio del cilindro

t = Espesor del material.

134

FS = Factor de seguridad

4.9.3.1.1 Formulario

3 � íA)?> 3%7>B)@B <> ��%>*$)#�3

?��_]� � " �3 � 0,5 " � >


El acumulador será construido con acero A572

34 � 55000 ��) P = 2500 presión de diseño

e = 0,03 in Es un valor recomendado para el cálculo por Barlow

La norma ISO/TC 17 recomienda utilizar para dispositivos presión de acero un valor

de FS = 1,6

3 � 55000 7�)1.6

3 � 34375 7�) ?��_]� � 1,97 " 250034375 � 0,5 " 2500 0,03 )*

?��_]� � 0,18 )*

Tabla 4.21. Capacidad Útil de Tanque Dependiendo de l Diámetro

Tabla 4.22. Espesor del Material para la Construcci ón de Acumulador de Acero de Diámetro de 100 mm

Tabla 4.23. Espesor del Acumulador de Diámetro de 1 50 mm

D (mm) D(in) Area (mm2) Area (in2) L (mm) L(in) V tanque (lt) V tanque (ft3) Pmax P funcional Capacidad Util (ft3)

100 3,94 7854 12,17 600 23,62 4,712 0,166 2340 80 36,16

150 5,91 17671,5 27,39 600 23,62 10,603 0,374 2340 80 81,37

200 7,87 31416 48,69 600 23,62 18,850 0,666 2340 80 144,65

250 9,84 49087,5 76,09 600 23,62 29,453 1,040 2340 80 226,02

300 11,81 70686 109,56 600 23,62 42,412 1,498 2340 80 325,47

Presion (psi) D ext (in) R cilindro (in) Sum corr (in) Espesor min (in) Esp (mm)

500 3,94 1,97 0,03 0,06 1,495

1000 3,94 1,97 0,03 0,09 2,238

1500 3,94 1,97 0,03 0,12 2,992

2000 3,94 1,97 0,03 0,15 3,758

2500 3,94 1,97 0,03 0,18 4,536

55000

55000

55000

55000

55000

Tension Max Admisible (psi)


500 5,91 2,95 0,03 0,07 1,861

1000 5,91 2,95 0,03 0,12 2,976

1500 5,91 2,95 0,03 0,16 4,108

2000 5,91 2,95 0,03 0,21 5,256

2500 5,91 2,95 0,03 0,25 6,422

55000

55000

55000

55000

55000


136

Tabla 4.24. Espesor del Acumulador de Diámetro de 2 00 mm




500 7,87 3,94 0,03 0,09 2,227

1000 7,87 3,94 0,03 0,15 3,714

1500 7,87 3,94 0,03 0,21 5,223

2000 7,87 3,94 0,03 0,27 6,755

2500 7,87 3,94 0,03 0,33 8,309

55000

55000


55000

55000

55000


500 9,84 4,92 0,03 0,10 2,594

1000 9,84 4,92 0,03 0,18 4,452

1500 9,84 4,92 0,03 0,25 6,338

2000 9,84 4,92 0,03 0,32 8,253

2500 9,84 4,92 0,03 0,40 10,196

55000

55000


55000

55000

55000


500 11,81 5,91 0,03 0,12 2,960

1000 11,81 5,91 0,03 0,20 5,190

1500 11,81 5,91 0,03 0,29 7,453

2000 11,81 5,91 0,03 0,38 9,751

2500 11,81 5,91 0,03 0,48 12,08355000


55000

55000

55000

55000

NOTA: Se selecciona el tanque de menor diámetro ya que su peso es

significativamente menor, además de la facilidad de encontrar este tanque en el

mercado local, los cilindros de otros diámetros no se encuentran en el mercado

por lo que deben ser construidos, esto encarece el producto notablemente ya que

los tanques no serían construidos en serie.

4.9.4 CÁLCULO DEL PESO DE LOS ACUMULADORES

4.9.4.1 Ejemplo de Cálculo

�>BíA>?B@ � ; " <15I�IÂ1�LK

�>BíA>?B@ � ; " 100 AA

�>BíA>?B@ � 314,16 AA

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Z@�%A>* � 314,16 " 3,758 " 600

Z@�%A>* � 708367,968 AAq

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�>�@ � 0,000708367 Aq7850 Aq 6z:

�>�@ � 5,58 6z

Tabla 4.27. Peso del tanque

D (mm) Espesor(mm) L (mm) Perim(mm)

Volum

(mm3) V (m3) Peso (kg) Peso (lbs)

100 3,758 600 314,16 708367,968 0,000708368 5,56 12,23

150 3,54 600 471,24 1000913,76 0,001000914 7,86 17,29

200 4,46 600 628,32 1681384,32 0,001681384 13,20 29,04

250 5,392 600 785,4 2540926,08 0,002540926 19,95 43,88

300 6,318 600 942,48 3572753,184 0,003572753 28,05 61,70

Continuación:

Nota: En la fila 2 PT se muestra el peso de los dos acumuladores que serían instalados en la bicicleta.

P tanque (lb) P aire (lb) PT (lb) 2 PT (lb)

12,23 1,786 14,02 28,04

17,27 1,786 19,06 38,11

29,04 1,786 30,83 61,65

43,88 1,786 45,67 91,33

61,7 1,786 63,49 126,97

4.9.5 RELACIÓN DE TORQUE Y TRANSMISIÓN PARA LAS DIFERENTE S

COMBINACIONES DE LAS CATALINAS IMPULSADORAS E

IMPULSADAS

4.9.5.1 Simbología

Ptotal.- Peso total

PH.- Peso Humano

PBN.- Peso de la bicicleta neumática

RR.- Resistencia a la rodadura.

FN.- Fuerza necesaria.

TLL.- Torque de la llanta.

R.- Radio.

F.- Fuerza.

TCT.- Torque de la catalina trasera.

TCF.- Torque de la catalina frontal.

Cfron.- Catalina frontal

Ctras.- Catalina trasera

DR.- Distancia recorrida

RT.- Relación de Transmisión

D.- Diámetro

CPS.- Carrera por segundo

TFM.- Tiempo de funcionamiento en minutos

DTR.- Distancia recorrida total.

4.9.5.2 Formulario Físico:

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�[ � �?@?#� W �>* �° 7>*<)>*?>�

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140

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¼ �?B#��$@*<%$)<#� � ¼ �|B@* W ¦ W ¼�?B#� W ;

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[º ?@?#� <> B>³@�%$)@*>� ��|B@*� � [º ?@?#� <> $#BB>B#�2

¼)�?#*$)# ?@?#� B>$@BB)<# � [º ?@?#� <> B>³@�%$)@*>� ��|B@*� W ¼ %><#

4.9.5.2.1 Ejemplo de cálculo

�¦@?#� � �� í[

�¦@?#� � 140 �� 70 ��

�¦@?#� � 210 ��

� �?@?#� W cos �° 7>*<)>*?>� W $@>|. <> B@<#<%B#

� 210 �� " cos�5� " 0,015

� 3,14 ��

�[ � �?@?#� W �>* �° 7>*<)>*?>�

�[ � 210 " �>*�5� 3.14

�[ � 21,44 ��

¦ � �[ W ÂÂ1]21

¦ � 21,44 �� " 1,1 |?

141

¦ � 23,58 �� |?

¦ � ¦�¦

��¦ � ¦ �?B#�

��¦ � 23,58 �� |?0,188 |?

��¦ � 125,42 ��

��?B#� � ��|B@*

¦�� ?B#� W �|B@*

¦�� 125,42 " 0,156

¦�� 19,56 �� |?

�$)�)*<B@ � ¦�� 7><#� �$)�)*<B@ � 19,56 �� |?0,65 |?

�$)�)*<B@ � 30,11 �� ¦ � ¼ <> �# B%><# $@*<%$?@B# >* %*# B>³@�%$)@*¼ 7@B �# B%><# $@*<%$)<# >* %*# B>³@�%$)ó*

¦ � 0,9785 |?1,1742 |?

¦ � 0.833 Esta es la relación de transmisión más favorable para subir cuestas.

Nota: La distancia recorrida por la rueda conductora y conducida en una

revolución, fueron medidas en la bicicleta que servirá para la construcción del

prototipo.

¼ �|B@* � ¼ �|B@* W ;

¼ �|B@* � 0,312 " ;

¼ �|B@* � 0,98 |?

¼ �?B#��$@*<%$)<#� � ¼ �|B@* W ¦ W ¼�?B#� W ;

¼ �?B#��$@*<%$)<#� � 0,98 |? " 0,833 " 0,376 |? " ;

¼ �?B#��$@*<%$)<#� � 0,965 |?

142

¼ %><# � ¼ �?B#� �?B#� W ��#*?#

¼ %><# � 0,965 |?0,188 |? " 1,1 |?

¼ %><# � 5,64 |?

[º ��3 � Z>�@$)<#< <>� ³#�?#z@ <>� $)�)*<B@¼)�?#*$)# B>$@BB<# 7@B >� 7)�?ó* >* $#<# $#BB>B#

[º ��3 �0,833 |? �:

1,3123 |? $#BB>:

[º ��3 � 0,64 $#BB> �⁄

¦�� Z¦�� ?#*²%> � � ?B#�#Í@�� #?A " ��

¦�� 287,98)*q " ï2340 � 80 ð Ï�� )*9: Ó10,4 Ï�� )*9: Ó " 6533,47 �)*q/A)*�

¦�� 9 min 58 �>z Con cilindro neumático de 32 mm de diámetro.

[º ¦@?#� <> $#BB>B#� � [º ��3 W 60 W ¦��

[º ¦@?#� <> $#BB>B#� � 0,64 " 60 " 9.58 " 2

[º ¦@?#� <> $#BB>B#� � 738,62 $#BB>B#�

[º ?@?#� <> B>³@�%$)@*>� ��|B@*� � [º ?@?#� <> $#BB>B#�2

[º ?@?#� <> B>³@�%$)@*>� ��|B@*� � 738,622

[º ?@?#� <> B>³@�%$)@*>� ��|B@*� � 367,81 B>³

¼¦ � [º ?@?#� <> B>³@�%$)@*>� ��|B@*� W ¼ %><#

¼¦ � 367,81 B>³ " 5,64 |?

¼¦ � 2074,45 B>³ � |

Tabla 4.28. Fuerza Necesaria del Cilindro Neumático

Zona de Aproximación

Zona Seleccionada

Peso Humano (lbs) Peso Bicicleta (lbs) P total (lbs) Pendente (grados) P (rad) Coef rod Resis Rod (lb) F nec (lbf) T llanta (lb pie) Fmax Ctras (lbf) Tcfron F Cilindro

140 70 210 0 0,00 0,015 3,15 3,15 3,47 18,43 2,88 4,42

140 70 210 5 0,09 0,015 3,14 21,44 23,58 125,45 19,57 30,11

140 70 210 10 0,17 0,015 3,10 39,57 43,53 231,52 36,12 55,56

140 70 210 15 0,26 0,015 3,04 57,39 63,13 335,82 52,39 80,60

140 70 210 20 0,35 0,015 2,96 74,78 82,26 437,57 68,26 105,02

140 70 210 25 0,44 0,015 2,85 91,60 100,77 535,98 83,61 128,64

140 70 210 30 0,52 0,015 2,73 107,73 118,50 630,32 98,33 151,28

140 70 210 35 0,61 0,015 2,58 123,03 135,33 719,86 112,30 172,77

140 70 210 40 0,70 0,015 2,41 137,40 151,14 803,93 125,41 192,94

140 70 210 45 0,79 0,015 2,23 150,72 165,79 881,87 137,57 211,65

D de llanta (pies) R de llanta

2,2 1,1

D de Ctras (pies) R de Ctras

0,376 0,188

D de Cfron R de Cfron

0,312 0,156

R de Pedal (ft)

0,65

144

Tabla 4.29. Relaciones de Torque y de Transmisión

CATALINA IMPULSORA 1 Velocidad de Giro = 1 revolución por segundo

Fuerza aplicada = 1 kgf

NOTA: Con fines de calculo de distancia se toma en cuenta una revolucion de la catalina impulsora

Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m) Dist (ft)

175 1 0,0875 0,54978 (1 revolución) 1,8032784

Catalina Impulsada 1

Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m) Relación Torques Revoluciones

114 1 0,057 0,3581424 0,651428571 1,535087719



96 1 0,048 0,3015936 0,548571429 1,822916667



80 1 0,04 0,251328 0,457142857 2,1875



64 1 0,032 0,2010624 0,365714286 2,734375



54 1 0,027 0,1696464 0,308571429 3,240740741

Catalina Impulsada 6 COMBINACION MAS FAVORABLE EN LO QUE HA

RECORRIDO DE DISTANCIA SE REFIERE

Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (kg m) Distancia (m) Relación Torques Revoluciones

46 1 0,023 0,1445136 0,262857143 3,804347826

145

CONTINUACIÓN:




Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m)

137 1 0,0685 0,4303992 (1 revolución)



114 1 0,057 0,3581424 0,832116788 1,201754386



96 1 0,048 0,3015936 0,700729927 1,427083333



80 1 0,04 0,251328 0,583941606 1,7125



64 1 0,032 0,2010624 0,467153285 2,140625



54 1 0,027 0,1696464 0,394160584 2,537037037



46 1 0,023 0,1445136 0,335766423 2,97826087

146

CONTINUACIÓN:




Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m) Dist (ft)

95 1 0,0475 0,298452 (1 revolucion) 0,97892256

COMBINACION MAS FAVORABLE

Catalina Impulsada 1 PARA SUBIR CUESTAS EN LO QUE A FUERZA

SE REFIERE


114 1 0,057 0,3581424 1,2 0,833333333



96 1 0,048 0,3015936 1,010526316 0,989583333



80 1 0,04 0,251328 0,842105263 1,1875



64 1 0,032 0,2010624 0,673684211 1,484375



54 1 0,027 0,1696464 0,568421053 1,759259259



46 1 0,023 0,1445136 0,484210526 2,065217391

147

Tabla 4.30. Distancia Recorrida (Considerando sin i nercia y relación

favorable a la fuerza necesaria)

Cilindro 32,00 milímetros de

diámetro

Fuerza: 99,73 lb

Cfron: 0,98 ft por

revolución

Ctras: 0,96 ft

Rueda: 5,64 ft 1,72 m/rev

Nº Carreras/rev 2,00 carr/rev

Vel carrera: 0,64 carr/seg

Nº Carreras Tot: 744,32 carreras

Nº Tot rev 372,60 rev

Distancia: 2100,17 ft 640,29 m

148

Tabla 4.31. Distancia Recorrida (Considerando sin i nercia y relación

favorable a la distancia recorrida)

Cilindro 32,00

milímetros

de

diámetro

Fuerza: 99,73 lb

Cfron: 1,80 ft por

revolución

Ctras: 3,23 ft

Rueda: 47,10 ft por

revolución 14,36 m/rev

Nº Carreras/rev 2,00 carr/rev

Vel carrera: 0,64 carr/seg

Nº Carreras

Tot: 744,09 carreras

Nº Tot rev 372,05 rev

Distancia: 17521,77 ft 5342,00 m

149

CAPÍTULO V

5 ESTUDIO ECONÓMICO

5.1 PRESUPUESTO PARA LA BICICLETA

A continuación se presenta el informe económico para la construcción del

prototipo.

Tabla 5.1. Presupuesto

A continuación se muestra el desglose de cada uno de los costos indicados en la

tabla 5.1.

UNIDAD CANTIDAD P. UNITARIO P. TOTAL

Bicicleta U 1 107 107

Elementos de Inmovilización U 1 9,135 9,135

Elementos de sujeción U 1 4,7145 4,7145

Suministro de Gases y Aire U 1 60,333 60,333

Elementos Neumáticos U 1 149,8302 149,8302

Elementos de Impulso U 1 338,1 338,1

Elem. De suministro de aire U 1 569,793 569,793

Costo de Ensamblaje U 1 55,335 55,335

Costo Total 1294,2407

RUBROS

150

5.2 ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS

Tabla 5.2. Costos de la Compra de la Bicicleta

ENTIDAD CONTRATANTE: FAROLMECNOMBRE DEL PROYECTO: BICICLETA NEUMÁTICA

RUBRO: COMPRA DE BICICLETA RENDIMIENTO: 1 U/hUNIDAD: U K= 1

EQUIPOS

CANTIDAD A TARIFA B

COSTO HORA C=AxB

COSTO UNITARIO D=CxK %

Parcial 0MANO DE OBRA

CANTIDAD A

TARIFA B

COSTO HORA C=AxB

COSTO UNITARIO D=CxK %

Mecánico de 1 10 10Mantenimiento deBicicletas

Parcial 10MATERIALES

UNIDADCANTIDA

D AUNITARIO

BCONSUMO

C=AxB %

Bicicleta U 1 90 90

Parcial 90TRANSPORTE

UNIDADCANTIDA

D AUNIDAD COSTO

BCOSTO C=AxB %

TOTAL COSTOS DIRECTOS 100INDIRECTOSIMPREVISTOS 5% 5IMPUESTOS 2COSTO TOTAL DEL RUBRO 107

DESCRIPCION

DESCRIPCION

DESCRIPCION

DESCRIPCION

151

Tabla 5.3. Costo en Elementos de Inmovilización de Ejes


RUBRO: ELEMENTOS DE INMOVILIZACION DE EJES RENDIMIENTO: 1 U/hUNIDAD: U K= 1

EQUIPOS

CANTIDAD A TARIFA BCOSTO HORA C=AxB

COSTO UNITARIO

D=CxK%

Herramienta menor 1 0,5 0,5 0,5

Parcial 0,5MANO DE OBRA

CANTIDAD A TARIFA

B

COSTO HORA C=AxB

COSTO UNITARIO

D=CxK%

Parcial 0MATERIALES

UNIDAD CANTIDAD AUNITARIO

BCONSUMO

C=AxB%

Anillos Elasticos r 6 U 4 0,15 0,6Anillos Elasticos r 8 U 4 0,15 0,6Anillos Elasticos r 10 U 4 0,25 1Anillos Elasticos r 12 U 4 0,25 1

Parcial 3,2TRANSPORTE

UNIDAD CANTIDAD AUNIDAD

COSTO BCOSTO C=AxB

%

Vehiculo Particular U 1 5 5

Parcial 5TOTAL COSTOS DIRECTOS 8,7INDIRECTOSIMPREVISTOS 5% 0,435IMPUESTOSCOSTO TOTAL DEL RUBRO 9,135

DESCRIPCION

DESCRIPCION

DESCRIPCION

DESCRIPCION

152

Tabla 5.4. Costos de Elementos de Sujeción


RUBRO: ELEMENTOS DE SUJECIÓN RENDIMIENTO: 1 U/hUNIDAD: U K= 1

EQUIPOS


COSTO UNITARIO

D=CxK%


CANTIDAD A TARIFA

B

COSTO HORA C=AxB

COSTO UNITARIO

D=CxK%

Parcial 0MATERIALES


BCONSUMO

C=AxB%

Tornillos mm 4x30 mm U 2 0,04 0,08Tornillo mm 4x50 mm U 1 0,05 0,05Tuerca mm 4x0,7 U 3 0,01 0,03Abrazadera 3 1/2" U 1 0,5 0,5Abrazadera 1 1/2" U 1 0,25 0,25Arandela 5/32 plana U 6 0,01 0,06Perno acero 3/8x2 U 2 0,3 0,6Tuerca acero RG5 3/8 U 4 0,07 0,28Perno 6x1.00x50 U 8 0,14 1,12Tuerca acero RF5 3/8 U 2 0,08 0,16Tuerca acero RG5 9/16 U 4 0,34 1,36

Parcial 4,49

TRANSPORTE


COSTO BCOSTO C=AxB

%

ParcialTOTAL COSTOS DIRECTOS 4,49INDIRECTOSIMPREVISTOS 5% 0,2245IMPUESTOSCOSTO TOTAL DEL RUBRO 4,7145

DESCRIPCION

DESCRIPCION

DESCRIPCION

DESCRIPCION

153

Tabla 5.5. Costos en la Adquisición de Gases y Aire


RUBRO: SUMINISTRO DE GASES Y AIRE RENDIMIENTO: 1 U/hUNIDAD: m2 K= 1

EQUIPOS


COSTO UNITARIO

D=CxK%


CANTIDAD A TARIFA

B

COSTO HORA C=AxB

COSTO UNITARIO

D=CxK%

Parcial 0MATERIALES


BCONSUMO

C=AxB%

Oxigeno Medicinal m3 1 7,5 7,5(Obligatorio)

Aire Comprimido m3 6 6,66 39,96



COSTO BCOSTO C=AxB

%

Transporte de Gas U 1 10 10


DESCRIPCION

DESCRIPCION

DESCRIPCION

DESCRIPCION

DE ESTO SE ENCARGA LA ENTIDAD QUE SUMINISTRA

DE ESTO SE ENCARGA LA ENTIDAD QUE SUMINISTRA

154

Tabla 5.6. Costos de los Elementos Neumáticos


RUBRO: ELEMENTOS NEUMÁTICOS RENDIMIENTO: 1 U/hUNIDAD: U K= 1

EQUIPOS


COSTO UNITARIO

D=CxK%


CANTIDAD A TARIFA

B

COSTO HORA C=AxB

COSTO UNITARIO

D=CxK%

Parcial 0MATERIALES


BCONSUMO

C=AxB%

Válvula 5/2 1/4" P/R U 1 54,9 54,9Válvula 3/2 1/8 Botón U 1 37,55 37,55Regulador de Caudal 4mm U 1 8,5 8,5Conector recto 4mm 1/4" U 3 1,33 3,99Conector recto 4mm 1/8" U 4 1,3 5,2Silenciador bronce 1/8" U 4 1,32 5,28Tubo poliuretano 4x2,5mm m 6 0,44 2,64Conector T 4mm U 1 1,9 1,9Conector codo 1/8" 4mm U 2 1,55 3,1



COSTO BCOSTO C=AxB

%


Parcial 5TOTAL COSTOS DIRECTOS 128,06INDIRECTOSIMPREVISTOS 5% 6,403IMPUESTOS 12% 15,3672COSTO TOTAL DEL RUBRO 149,8302

DESCRIPCION

DESCRIPCION

DESCRIPCION

DESCRIPCION

155

Tabla 5.7. Costos de los Cilindros Neumáticos

ENTIDAD CONTRATANTE: FAROLMEC NOMBRE DEL PROYECTO: BICICLETA NEUMÁTICA

RUBRO: ELEMENTOS DE IMPULSO RENDIMIENTO: 0,0833 U/hUNIDAD: U K= 12,0048019

EQUIPOS

CANTIDAD A TARIFA B

COSTO HORA C=AxB

COSTO UNITARIO

D=CxK %


CANTIDAD A

TARIFA B

COSTO HORA C=AxB

COSTO UNITARIO

D=CxK %

ParcialMATERIALES

UNIDADCANTIDAD

AUNITARIO

BCONSUMO

C=AxB %

Cilindros Neumáticos U 2 156 312Diámetro 32 x 400 mmde Carrera (Metalworks)

Parcial 312TRANSPORTE

UNIDADCANTIDAD

AUNIDAD

COSTO BCOSTO C=AxB %


Parcial 10TOTAL COSTOS DIRECTOS 322INDIRECTOSIMPREVISTOS 5% 16,1IMPUESTOSCOSTO TOTAL DEL RUBRO 338,1

DESCRIPCION

DESCRIPCION

DESCRIPCION

DESCRIPCION

156

Tabla 5.8. Costos de los Elementos de Suministro de Aire

ENTIDAD CONTRATANTE: FAROLMEC NOMBRE DEL PROYECTO: BICICLETA NEUMÁTICA

RUBRO: ELEMENTOS PARA SUMINISTRO DE AIRE RENDIMIENTO: 1 U/hUNIDAD: UNIDAD K= 1

EQUIPOS


COSTO UNITARIO

D=CxK%

PrensaTornoHerramienta menor


CANTIDAD A TARIFA

B

COSTO HORA C=AxB

COSTO UNITARIO

D=CxK%

Tornero 1 8 8 8Mecánico general 1 2 2 2



BCONSUMO

C=AxB%

Conector recto 4mmx1/4" U 2 1,33 2,66Tanque de 1 metro cubico U 2 160 320Regulador de presión U 2 60 120Válvulas de Ox A/P U 2 40 80



COSTO BCOSTO C=AxB

%



DESCRIPCION

DESCRIPCION

DESCRIPCION

DESCRIPCION

Estos Costos estan incluidos en el costo de la mano de obra

157

Tabla 5.9. Costos de Ensamblaje


RUBRO: COSTOS DE ENSAMBLAJE RENDIMIENTO: 1 U/hUNIDAD: U K= 1

EQUIPOS


COSTO UNITARIO

D=CxK%

Herramienta menor 1 0,5 0,5 0,5Soldadora 300 amps 1 5 5 5Esmeril de pedestal 1 0,5 1 1Taladro de Pedestal 1 1 2 2

Parcial 8,5MANO DE OBRA

CANTIDAD A TARIFA

B

COSTO HORA C=AxB

COSTO UNITARIO

D=CxK%

Mecánico General 1 20



BCONSUMO

C=AxB%

Plantina 3/8" U 1 6 6Placa 3/8" U 1 1 1Electrodos E 6011 U 3 1 3Varilla lisa de 12 mm U 1 3 3Cuadrado 5x5 U 1 1 1Platina 1/8" U 1 1 1Remaches 5/16x1/2" U 2 0,1 0,2Grasa amarilla U 1 0,25 0,25Teflon U 1 0,25 0,25Cinta adhesiva de caucho U 1 0,5 0,5Variila lisa 9/16 U 1 1 1Pintura anticorrosiva U 1 3 3Masilla automotriz U 1 2 2Lijas U 1 2 2



COSTO BCOSTO C=AxB %

ParcialTOTAL COSTOS DIRECTOS 52,7INDIRECTOSIMPREVISTOS 5% 2,635IMPUESTOSCOSTO TOTAL DEL RUBRO 55,335

DESCRIPCION

DESCRIPCION

DESCRIPCION

DESCRIPCION

158

5.3 ANÁLISIS ECONÓMICO PARA LA ADQUISICIÓN DE UN

COMPRESOR DE ALTA PRESIÓN

El siguiente análisis se realiza en el caso de que la empresa decidiera adquirir un

compresor de alta presión para el llenado de los acumuladores que la bicicleta

utiliza.

La adquisición del compresor de alta presión se lo realizaría en el caso de

comercializar la bicicleta.

Tabla 5.10. Costo del Compresor

El costo del compresor fue proporcionado por la empresa HAUG

KOMPRESSOREN AG.

Tabla 5.11. Datos Técnicos del Compresor

25000 USD

20 años

5000 USD

Inversión Inicial:

Vida Util:

Valor residual

Presion: Máxima 350 bares

Mínima: 90 bares

Potencia: Máxima 5,5 kW

Mínima: 3,3 kW

3,89 kWPotencia a 160 bares de Presión:

159

5.3.1 SIMBOLOGÍA

C.- Capital

i.- Tasa de interés anual

n.- Número de años

RC.- Retorno de Capital

C.R.C.- Coeficiente de retorno de capital

V.A.R.- Valor Actual Residual.

VRE.- Valor real.

VR.- Valor residual.

C.V.A.- Coeficiente de valor actual

D.E.A.- Depreciación Económicamente Activa

5.3.2 FORMULARIO ECONÓMICO

Retorno de Capital

. �. � Z ¶W Ø� � |)%*

Coeficiente de Retorno de capital

�. . �. � )�1 )�]�1 )�] � 1

Valor Actual

Z. +. � �W Ø�Z+ |)%*

Valor Actual Residual

Z. +. � Z. W Ø�Z+ |)%*

Coeficiente de valor actual

Caudal: Máxima 28 m^3/h

Mínima: 12 m^3/h

16,29 m^3/hCaudal suministrado a 3,89 kW:

160 Ø�. Z. +. |)%* � �1 )�V]

Depreciación Económicamente Activa

¼. ¶. +. � . �. ì3¼#ñ@

5.3.2.1 Cálculo

La tasa de interés que se utilizará para el cálculo será del 12%, tasa de interés con

la cual los bancos trabajan.

�. . �. � )�1 )�]�1 )�] � 1

* � 20

�. . �. � 0,12 " �1 0.12�9¸�1 0.12�9¸ � 1

�. . �. � 0,134

Z ¶ � � � Z+

Z. +. . � Z W Ø�. Z. +|)%*

Ø�. Z. +|)%* � �1 )�V]

Ø�. Z. +|)%* � �1 0.12�V9¸

Ø�. Z. +|)%* � 0,103

Z. +. . � 5000 " 0,103

Z. +. � 518,33 ì3¼

Z ¶ � 25000 � 518,33

Z ¶ � 24481,67 ì3¼

. �. � Z ¶W Ø� � |)%*

. �. � 24481,67 " 0,103

. �. � 3277,57 ì3¼

¼. ¶. +. � . �. ì3¼#ñ@

161

¼. ¶. +. � 3277,57 ì3¼#ñ@

5.3.3 ANÁLISIS DE PUNTO DE EQUILIBRIO

El análisis del punto de equilibrio mostrará a la empresa el número de

acumuladores que tendría que llenar al día para tener rentabilidad.

Tabla. 5.12. Costo de Mantenimiento del Compresor

Tabla 5.13. Depreciación Económicamente Activa

Tabla 5.14. Información técnica para el llenado de acumuladores de 1 m 3

300 USD/año

0,82 USD/díaCosto de Mantenimiento:

Dep. Econom. Activa 3277,58 USD/año 8,98 USD/día

Tiempo: 0,061 horas

Potencia: 3,890 kW

Energía: 0,238 kW-h

Precio: 0,060 USD/kW-h

162

Tabla 5.15. Punto de Equilibrio para compresor de a lta Presión

m^3/diarios 1 60 120 180 240 275 300 360 420 480 540

EGRESOS:

Costos de Operación: 0,014 0,858 1,716 2,574 3,432 3,933 4,290 5,148 6,006 6,864 7,722

Costos de Mantenimiento: 0,822 0,822 0,822 0,822 0,822 0,822 0,822 0,822 0,822 0,822 0,822

Depreciación 8,98 8,98 8,98 8,98 8,98 8,98 8,98 8,98 8,98 8,98 8,98

COSTOS TOTALES 9,82 10,66 11,52 12,38 13,23 13,73 14,09 14,95 15,81 16,67 17,52

INGRESOS 0,05 3 6 9 12 13,75 15 18 21 24 27

RENTABILIDAD -9,77 -7,66 -5,52 -3,38 -1,23 0,02 0,91 3,05 5,19 7,33 9,48

163

Gráfico 5.1. Punto de Equilibrio

La empresa debería llenar 275 acumuladores diariamente para no tener pérdidas

0

5

10

15

20

25

30

0 100 200 300 400 500 600

DÓ

LAR

ES

METROS CUBICOS DE AIRE VENDIDOS POR DÍA

PUNTO DE EQUILIBRIO PARA COMPRESOR DE ALTA PRESIÓN

Ingresos

Costos Totales

164

CAPITULO VI

6 PROTOCOLO DE PRUEBAS

6.1 PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA LA BICICLETA

IMPULSADA POR AIRE COMPRIMIDO

Para el protocolo de pruebas se tendrá en cuenta las condiciones ambientales

como la temperatura, la humedad y la presión atmosférica.

6.1.1 MATERIALES UTILIZADOS

• Termómetro.

• Algodón.

• Agua.

• Cartas Psicrométricas.

• Bicicleta Impulsada por aire comprimido.

• Aire comprimido a alta presión.

• Pista plana.

• Casco.

• Cronómetro.

• Flexómetro.

• Sonómetro.

6.1.2 DATOS DE CONDICIONES AMBIENTALES

Tabla 6.1. Condición Ambiental

Temperatura Bulbo Seco: 71,6 F

Temperatura Bulbo Humedo: 51 F

Presion Atmosferica: 10,40 psia

Humedad Relativa 50 %

Volumen Específico: 19,65 pies^3/lbm aire seco

Entalpía Específica: 41,9 Btu/lbm aire seco

Contenido de agua: 0,0218 lb agua/lb aire

Altura: 2800 msnm

165

6.1.3 DATOS DEL EQUIPO

Tabla 6.2. Datos Técnicos

Tabla 6.3. Costos del equipo

6.1.4 DATOS DEL COMBUSTIBLE

Nombre: Aire Comprimido

Composición Química: Nitrógeno 79%, Oxigeno 21%

Costo: 6,67 USD/m^3

Energía del Aire

comprimido: 81,1385 kJ/m3

Densidad Normal: 1,2 kg/m3

Tabla 6.4. Composición Química y Costo

Nombre: Bicicleta

Tipo: Montañera

Placa:

Marca: Oxford

Modelo: Neumática

Año: 2002

Pais: U.S.A.

Cilindraje: 640 cc

Tonelaje: 0,25 T

Carrocería: Metal

Combustible:

Motor:

Pasajeros: 1

Energía: Presión: 1250 psiAire comprimido

1300 USD

50 USD/año

547,5 USD/año

10 años

0 USD

Inversión Inicial:

Mantenimiento Anual:

Costos de Operación:

Vida Util:

Valor Residual:

166

Incremento Anual:

8 %

Precio de Aire Comprimido:

2005 5,776 m^3

2006 5,893 m^3

2007 6,014 m^3

2008 6,136 m^3

2009 6,670 m^3

Tabla 6.5. Proyección del Costos del Aire comprimid o

6.1.5 DATOS OBTENIDOS EN LA PRUEBA

Revoluciones por minuto: Indeterminado

Velocidad de Prueba: 7 km/h

Distancia Recorrida: 1,17 km

Combustible Consumido: 800 l

Tiempo de Prueba: 10 min

Tabla 6.6. Datos de Funcionamiento

Tabla 6.7. Contaminación de Gases

Tabla 6.8. Niveles de Ruido

CO: 0 % Vol

HC: 0 ppm

O2: 0 % Vol

Dilución:

MIN: 0 % Vol CO + CO2

MAX: 0 % Vol CO + CO2

Ruido: 60 dbA

167

6.1.6 CÁLCULOS

Tabla 6.9. Datos

6.1.6.1 Simbología

CA = Consumo de Aire

CAH = Consumo de Aire por Hora.

CAK = Consumo de Aire por Kilómetro

DRD = Distancia Recorrida por cada dólar.

EN = Energía que Entra.

EAC = Energía del aire comprimido

ES = Energía que sale.

ò � Eficiencia del Motor

6.1.6.2 Fórmulas

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�+° � �+¼)�?#*$)# >$@BB)<#

¼ ¼ � ¼)�?#*$)# >$@BB)<#�@�?@ <>� +)B>

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ò � ¶3¶[ " 100%

�1EÂ_51�1 � 22,3 [

Nota: Ver el valor de la energía del aire comprimido en el Anexo B

Consumo de Aire: 800 l

Distancia recorrida: 1,17 km


Costo del aire: 6,67 USD/m3

168

Tabla 6.10. Resultados

Potencia 86,20 W

6.2 PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA UNA MOTOCICLETA A

GASOLINA

6.2.1 MEDICIÓN DE LA CONDICIÓN AMBIENTAL

Tabla 6.11. Condición Ambiental

4.800,000 l/h

683,761 l/km

1,463 km/m^3

0,219 km/USD

Consumo de aire por hora:

Consumo de aire por kilometro:

Distancia recorrida por m3:

Distancia recorrida por cada USD:

81,138 kJ/m3

32,455 kJ

26,086 kJ

6,370 kJ

80,374 %

Energía que entra:

Energia que sale:

Perdidas:

Eficiencia Motor:

Energía del Aire Comprimido:

Temperatura Bulbo Seco: 71,6 F

Temperatura Bulbo Humedo: 51 F

Presion Atmosferica: 10,40 psia

Humedad Relativa 50 %

Volumen Específico: 19,65 pies^3/lbm aire seco

Entalpía Específica: 41,9 Btu/lbm aire seco

Contenido de agua: 0,0218 lb agua/lb aire

Altura: 2800 msnm

169

6.2.2 DATOS DEL EQUIPO

Tabla 6.12. Datos Técnicos de la Moto

6.2.3 DATOS DE COMBUSTIBLE

37

Tabla 6.13. Datos Técnicos de la Gasolina

37 Nota: La energía del combustible fue obtenido del Libro de Termodinámica de Cengel, Cuarta edición,

Nombre: Motocicleta

Tipo: Paseo

Placa: P028374

Marca: Honda

Modelo: XLR-125

Año: 2003

Pais: Colombía

Cilindraje: 125 cc

Tonelaje: 0,25 T

Carrocería: Metal

Combustible: Gasolina

Motor: 4 tiempos

Pasajeros: 1

44430 kJ/kg

0,703 kg/l

Nombre:

Composición Quimica:

Costo:

Energía del Combustible:

Densidad:

Gasolina Extra

C8H18

170

Tabla 6.14. Historial del Precio de la Gasolina

6.2.4 DATOS OBTENIDOS DE LA PRUEBA

Tabla 6.15. Información de Funcionamiento

Tabla 6.16. Emanación de Gases Tóxicos

Tabla 6.17. Emisión de Ruido

Las pruebas fueron realizadas bajo las siguientes condiciones:

• Prueba estática en ralentí y a 2500 rpm.

• Medición de contaminantes: CO y HC (analizador de gases).

• NTE INEN 2203:99 Método.

8 %

2005 1,16 gal US

2006 1,2 gal US

2007 1,3 gal US

2008 1,4 gal US

2009 1,48 gal US

Precio del Combustible:

Incremento Anual:

15 a 25 km/h

14,25 km

0,15 l

52 min

Combustible Consumido:

Tiempo de Prueba:

IndeterminadoRevoluciones por minuto:

Velocidad de Prueba:

Distancia Recorrida:

CO: 1 % Vol

HC: 100 ppm

O2: 3.0 % Vol

Dilución:

MIN: 13 % Vol CO + CO2

MAX: 16,5 % Vol CO + CO2

Ruido: 85 dbA

171

• NTE INEN 2204:99 Límites.

6.2.5 CÁLCULOS

Tabla 6.18. Datos Obtenidos en la prueba

6.2.5.1 Simbología

CC = Consumo de combustible

CCH = Consumo de combustible por Hora.

CCK = Consumo de combustible por Kilómetro

DRD = Distancia Recorrida por cada dólar.

EN = Energía que entra al sistema.

EC = Energía del combustible.

ES = Energía que sale del sistema.

ò � Eficiencia del Motor

6.2.5.1.1 Fórmulas

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ò � ¶3¶[ " 100%

�1EÂ_51�1 � 120,39 [

.

Consumo de Combustible: 0,19 l

Distancia recorrida: 14,25 km


Costo de Combustible: 1,48 USD / gal

Peso de Combustible: 0,13357 kg

172

Tabla 6.19. Resultados

6.3 COMPARACIÓN ECONÓMICA ENTRE LA MOTOCICLETA Y

LA BICICLETA NEUMÁTICA

6.3.1 MOTOCICLETA DE 125 CC (4 TIEMPOS)

Tabla 6.20. Costo de una motocicleta de 125 cc.

Tabla 6.21. Costos Operacionales

Tabla 6.22. Costos para la legalización

4.800,000 l/h

683,761 l/km

1,463 km/m^3

0,219 km/USD

81,138 kJ/m3

64,911 kJ

52,171 kJ

12,739 kJ

80,374 %

Energía que entra:

Energia que sale:

Perdidas:

Eficiencia Motor:

Consumo de aire por hora:

Consumo de aire por kilometro:

Distancia recorrida por m3:

Distancia recorrida por cada USD:

Energía del Aire Comprimido:

4000 USD

100 USD/año

Inversión Inicial:

Costos de Mantenimiento: 25% Incremento Anual

Aceite: 15 USD / 2000 km.

Gasolina: 0,005 USD / km.

10% Incremento Anual

8% Incremento Anual

Matricula: 60 USD/año

Revisión: 20 USD/año

SOAT: 25 USD/año 10% Incremento Anual

5% Incremento Anual

10% Incremento Anual

173

Tabla 6.23. Vida Útil

6.3.2 BICICLETA NEUMÁTICA

Tabla 6.24. Costos de la bicicleta neumática

Aire 0.05 USD/m3 Incremento anual 8%

Tabla 6.25. Costos Operacionales

Tabla 6.26. Costos de Legalización para la Biciclet a Neumática

Tabla 6.27. Vida Útil

10 años

1300 USD

50 USD/año

Inversión Inicial:

Costos de Mantenimiento: 25% Incremento Anual

Matricula: 0 USD/año

Revisión: 0 USD/año

SOAT: 0 USD/año

10 años

174

6.4 PROYECCIÓN DE LOS COSTOS

6.4.1 MOTOCICLETA

Tabla 6.28 Cálculo de VAN Anual de la Motocicleta d e 125 cc

AÑO 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Inversion Inicial 4000,00

Costos Mantenimiento 100,00 125,00 156,25 195,31 244,14 305,18 381,47 476,84 596,05 745,06

Gasolina 54,75 59,13 63,86 68,97 74,49 80,45 86,88 93,83 101,34 109,45

Aceite 82,13 90,34 99,37 109,31 120,24 132,26 145,49 160,04 176,04 193,65

Matrícula 60,00 63,00 66,15 69,46 72,93 76,58 80,41 84,43 88,65 93,08

Revisión 20,00 22,00 24,20 26,62 29,28 32,21 35,43 38,97 42,87 47,16

SOAT 25,00 27,50 30,25 33,28 36,60 40,26 44,29 48,72 53,59 58,95

Costos Totales 0,00 341,88 386,97 440,08 502,94 577,68 666,93 773,97 902,83 1058,54 1247,34

VAN (para cada año) 4000,00 4341,88 4728,84 5168,92 5671,87 6249,55 6916,48 7690,45 8593,27 9651,81 10899,15


Costos Legales:

175

6.4.2 BICICLETA NEUMÁTICA

Tabla 6.29 Cálculo de VAN Anual de la Bicicleta Neu mática

AÑO 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Inversion Inicial 1300,00

Costos Mantenimiento 50,00 62,50 78,13 97,66 122,07 152,59 190,73 238,42 298,02 372,53

Aire 547,50 591,30 638,60 689,69 744,87 804,46 868,81 938,32 1013,38 1094,46

Matrícula 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Revisión 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

SOAT 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Costos Totales 0,00 597,50 653,80 716,73 787,35 866,94 957,05 1059,55 1176,74 1311,41 1466,98

VAN (para cada año) 1300,00 1897,50 2551,30 3268,03 4055,38 4922,32 5879,36 6938,91 8115,65 9427,05 10894,04


Costos Legales:

176

Tabla 6.30. Cálculo del VAN en Valor Actual (Motoci cleta)

Tabla 6.31. Cálculo del VAN en Valor Actual (Bicicl eta Neumática)

Tasa de Interes 12 %

Valor Actual Neto 0 4000,00











VAN 39931,68 USD

Tasa de Interes 12 %












VAN 29038,85 USD

177

Gráfico 6.1 Comparación Económica entre la Motocicl eta y la Bicicleta

Neumática

Conclusión

Se puede notar que la bicicleta neumática y el motocicleta de 125 cc de cuatro

tiempos a gasolina, al cabo de 10 años presentan el mismo gasto.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

0 2 4 6 8 10 12

DO

ÓLA

RES

AÑOS

GRAFICO DE COSTOS ANUALES DE LAS ALTERNATIVAS

VAN MOTOCICLETA VAN BICICLETA

178

CAPITULO 7

7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

7.1 CONCLUSIONES

1. El aire comprimido puede ser utilizado como fuente de energía en un medio

de transporte.

2. El precio de la gasolina es bajo dado a los subsidios del gobierno, mientras

que el precio del aire comprimido es alto, dado a que las empresas que lo

distribuyen incluyen en el mismo un alto porcentaje de ganancia.

3. Para la adquisición de una motocicleta de gasolina de 125 centímetros

cúbicos se necesita de una inversión inicial del triple o cuádruple de la

inversión necesaria en una bicicleta neumática.

4. Los costos de operación de una motocicleta son más bajos que en el caso

de una bicicleta neumática, sin embargo la motocicleta tiene gastos

adicionales como: matricula, SOAT, revisión vehicular, además de un costo

más alto en lo que a mantenimiento anual se refiere, en la bicicleta

neumática los costos legales no existen y los costos de mantenimiento

anual son bajos.

5. En la bicicleta neumática no se necesita revisión vehicular ya que la

contaminación ambiental producida por su funcionamiento es reducida.

6. El aire comprimido puede ser una energía rentable siempre y cuando se

logre distribuir a un máximo de 0,05 USD por metro cúbico y sujeto a un

máximo incremento de 8 % anual.

7. Para obtener un mayor tiempo de funcionamiento de la bicicleta neumática

se debe tratar de comprimir el aire a la máxima presión posible.

8. En el caso de necesitar más fuerza para subir cuestas pronunciadas se

debe utilizar cilindros neumáticos de mayor diámetro o subir la presión de

trabajo.

9. En el caso de ser necesaria mayor velocidad que la suministrada por la

bicicleta prototipo se debe incrementar el número de tanques y conectarlos

en paralelo para aumentar el caudal o subir la presión de trabajo.

179

10. No es necesario utilizar filtro y sistema de lubricación de aire cuando se

utiliza cilindros neumáticos lubricados.

7.2 RECOMENDACIONES

1. Utilizar todos los implementos de seguridad para proceder al manejo de la

bicicleta, estos incluyen casco, guantes, rodilleras. Coderas, etc.

2. Antes de proceder a manejar la bicicleta se debe revisar previamente:

presión de aire en los tanques, (presión de trabajo 80 psi) se puede variar

el rango de la presión en ó20 psi, teniendo en cuenta que al reducir la

presión reducirá la fuerza de la bicicleta pero disminuirá el consumo de

aire, al aumentar la presión también aumentará la fuerza de la bicicleta

pero el consumo de aire será mayor.

3. Revisar los sistemas mecánicos como son frenos, cadena de transmisión,

anillos elásticos, ejes de rotación.

4. Asegurarse que no haya ningún tipo de fuga de aire, ya que una fuga en el

sistema de aire comprimido desemboca en una perdida extremadamente

rápida de presión, en este caso de energía.

5. La bicicleta neumática es para un solo pasajero, dado a las

especificaciones técnicas de sus componentes con los cuales fue

diseñada, tanto en sus partes neumáticas como mecánicas.

6. Evitar que la humedad produzca corrosión en los componentes de la

bicicleta neumática, para mantener un correcto funcionamiento.

180

BIBLIOGRAFÍA

• American Institute of Steel Construction, “Manual of Steel Construction”,

Octava edición.

• Apuntes y Experiencia adquirida en el SEMINARIO DE NEUMÁTICA

APLICADA, junio del 2008 (Expositor: Ing. Fernando Jácome).

• CARNICER royo, (1980), “Aire Comprimido Neumática”, Editorial Gustavo

Pili S.A., Barcelona.

• CARULLA Miguel, (1993), “Circuitos Básicos de Neumática”, Editorial Alfa

omega, México.

• FOX Robert w. (1993), Introducción a la Mecánica de Fluidos, México,

McGRAW-HILL.

• HESSE Stefan, (2000), “99 Ejemplos Prácticos de Aplicaciones

Neumáticas”.

• INEN, “Catálogo de Dibujo Mecánico”.

• JIMENEZ Luis, (1979), “Manual de Neumática”, Editorial Blume, Barcelona.

• MABIE Hamilton, (1995), “Mecanismos y Dinámica de Máquinas”, Editorial

Limusa, España.

• MERIAM, (1981), “Dinámica”, Editorial Reveté, España.

• MIRALIUVOV, “Resistencia de Materiales”, Moscú, 1981.

• SHIGLEY Joseph, (1983), “Teoría de Máquinas y Mecanismos”, Editorial

McGraw-Hill, México.

• SHIGLEY Joseph, (1989), “Manual de Diseño Mecánico”, Editorial

McGraw-Hill, México.

181

ANEXO A1

“ELAVORACIÓN DE ENCUESTAS”

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

PROYECTO DE TITULACION

ENCUESTA

A1.1. RECIBA UN CORDIAL SALUDO

Somos egresados de la Facultad de Ingeniería Mecánica.

La presente encuesta tiene como objetivo averiguar si usted estaría dispuesto (a)

a modificar su bicicleta instalando en la misma un sistema de propulsión de aire

comprimido, además obtener información sobre los requerimientos técnicos para

el diseño del sistema de propulsión.

POR FAVOR MARQUE CON UNA X SEGÚN CREA CONVENIENTE

PERFIL DE LA PERSONA ENCUESTADA:

Persona Encuestada:………………………………………………………………

CUESTIONARIO

1. ¿Tiene problemas al transportarse de un lugar a otro en la ciudad de Quito?

SI NO

2. ¿Estaría dispuesto a trasladarse a su lugar de trabajo o estudio en una

bicicleta?

SI NO

SI SU RESPUESTA ES NO, ESPECIFIQUE EL PORQUE DE SU RESPUESTA.

………………………………………………………………………………………………


SI NO

Si su respuesta es negativa pase a la pregunta 5.



SI NO

Si su respuesta es afirmativa pase a la pregunta 6. Caso contrario GRACIAS por

su colaboración.

5. SI NO DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a adquirir una?

SI NO

Si su respuesta es negativa GRACIAS POR SU COLABORACIÓN


Instalaría

el sistema

de

Propulsión

No instalaría

el sistema

de propulsión


¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨


15 minutos a 30 minutos________ 31 minutos a 1 hora_________ 1 hora o

más________

8. Su edad está entre los:

GRACIAS POR SU COLABORACIÓN!!

A1.2. JUSTIFICACION DE LAS PREGUNTAS REALIZADAS EN LA ENCUESTA

CUESTIONARIO

1) ¿Tiene problemas al transportarse de un lugar a otro en la ciudad de

Quito?

SI NO

Objetivo: Comprobar el problema existente en el transporte público en la ciudad

de Quito.

2) ¿Estaría dispuesto a trasladarse a su lugar de trabajo o estudio en una

bicicleta?

SI NO

SI SU RESPUESTA ES NO, ESPECIFIQUE EL PORQUE DE SU

RESPUESTA.

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………

Objetivo: Conocer el interés que las personas tendrían en la utilización de un

nuevo medio de transporte.

15 – 25 años

26 – 35 años

Más de 36 años

3) ¿Dispone usted de una bicicleta?

SI NO


Objetivo: Saber si las personas cuentan con una bicicleta.

4) SI DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a instalar en esta un


SI NO

Si su respuesta es afirmativa pase a la pregunta 6. Caso contrario Gracias

por su colaboración.

Objetivo: Averiguar si las personas incorporarían un sistema de propulsión a su

bicicleta, que les facilite el movilizarse.

5) SI NO DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a adquirir una?

SI NO



Instalaría

el sistema

de

Propulsión

No instalaría

el sistema

de

propulsión

Objetivo: Averiguar si las personas estarían dispuestas a adquirir una bicicleta

que tenga un sistema de propulsión.

6) Cuál es la distancia aproximada que recorre diariamente:

¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨

Objetivo: Saber la distancia que se trasladan diariamente las personas.

7) Cuanto tiempo se demora en ir a su destino

15 minutos a 30 minutos________31 minutos a 1 hora___________ 1 hora o

más________

Objetivo: Conocer el tiempo que las personas encuestadas se tardan en llegar a

su destino.

8) Su edad está entre los:

Objetivo: Investigar el segmento de mercado en el que tendría mayor acogida el

producto.

15 – 25 años

26 – 35 años

Más de 36 años

ANEXO A2

“Presentación de resultados de la Encuestas Realizadas ”

1. ¿Tiene problemas al transportarse de un lugar a otro en la ciudad de Quito?

SI NO

Tabla A 2.1. Pregunta 1

Nombre Sí No

1 Juan Chiriboga x

2 Marcos Morales x

3 Daniel Peralta x

4 José Calderón x

5 Marco León x

6 Michael Campoverde x

7 Ricardo Racines x

8 Renato Garrido x

9 Marco Morales x

10 Santiago Araujo x

11 Lucio Rojas x

12 Diana Oña x

13 Dina Ibadongo x

14 Belén Andrade x

15 Paúl Ruiz x

16 Byron Loarte x

17 Anónimo x

18 Jessica Morales x

19 Salomé Idrobo x

20 Adrián Yepez x

21 César Palmay x

22 Juan Villacís x

23 Jorge Sarango x

24 David Ramírez x

25 Christian Montenegro x

26 Christian Calvachi x

27 Hugo Gangotena x

28 Moorilú Chuico x

29 Fausto Carrera x

30 Pamela Díaz x

31 José Cuichán x

32 Marcelo Llugsi x

33 Pablo Herrera x

34 Madelyne Carrera x

35 Carmen Ochoa x

36 Estefanía Arámbulo x

37 Dayana Clanjoy x

38 Estefanía Zuleta x

39 Celia Andrade x

40 Gabriel Vizuete x

41 Jairo Revelo x

42 Pablo Salamea x

43 Santiago Morales x

44 José Dávila x

45 Joaquín Sanango x

46 Luis Herrera x

47 Santiago Álvarez x

48 Alejandro Santillán x

49 Jacqueline Chicaiza x

50 Kleber Quinga x

51 Cristian Quishpe x

Sí No

34 17

66,67% 33,33%

2. ¿Estaría dispuesto a trasladarse a su lugar de trabajo o estudio en una

bicicleta?

SI NO


………………………………………………………………………………………………………………………………………………


Nombre Sí No

1 Juan Chiriboga x

2 Marcos Morales x

3 Daniel Peralta x

4 José Calderón x

5 Marco León x


7 Ricardo Racines x

8 Renato Garrido x

9 Marco Morales x


11 Lucio Rojas x

12 Diana Oña x

13 Dina Ibadongo x

14 Belén Andrade x

15 Paúl Ruiz x

16 Byron Loarte x

17 Anónimo x


19 Salomé Idrobo x

20 Adrián Yepez x

21 César Palmay x

22 Juan Villacís x

23 Jorge Sarango x

24 David Ramírez x



27 Hugo Gangotena x


29 Fausto Carrera x

30 Pamela Díaz x

31 José Cuichán x

32 Marcelo Llugsi x

33 Pablo Herrera x


35 Carmen Ochoa x


37 Dayana Clanjoy x


39 Celia Andrade x


41 Jairo Revelo x

42 Pablo Salamea x


44 José Dávila x


46 Luis Herrera x




50 Kleber Quinga x


Sí No

26 25

50,98% 49,02%


……………………………………………………………………………………………

Tabla A 2.3. Extensión de Pregunta 2

Nombre Razón por la que la respuesta fue Negativa

1 Juan Chiriboga Vive Lejos

2 Ricardo Racines Vive lejos

3 Renato Garrido Vive lejos

4 Santiago Araujo No le interesa

5 Lucio Rojas Vive lejos

6 Diana Oña Vive lejos

7 Dina Ibadongo Vive lejos

8 Paúl Ruiz No tiene bicicleta

9 Anónimo Vive lejos

10 Jessica Morales Vive Lejos

11 Salomé Idrobo Vive lejos

12 Adrián Yepez No le gusta manejar bicicletas

13 César Palmay

Porque no existen vías especiales para que transitar

con seguridad

14 Jorge Sarango Por el clima

15 David Ramírez Requiere de mucho esfuerzo Físico

16 Moorilú Chuico No puede manejar muy bien

17 Fausto Carrera Prefiere transportarse en automóvil

18 Marcelo Llugsi Vive muy lejos y por las cuestas

19 Madelyne Carrera Vive muy lejos y por las cuestas

20 Carmen Ochoa No cuenta con tiempo

21 Estefanía Arámbulo Porque es incómodo

22 Dayana Clanjoy Por hay muchas cuestas

23 Estefanía Zuleta Porque hay muchas cuestas

24 José Dávila

Porque no existen vías especiales para que transitar

con seguridad

25 Jacqueline Chicaiza No puede manejar bicicletas

Viven lejos Hay muchas cuestas No hay Vías exclusivas otros

11 2 2 10

44,00% 8,00% 8,00% 40,00%


SI NO



Nombre Sí No

1 Juan Chiriboga x

2 Marcos Morales x

3 Daniel Peralta x

4 José Calderón x

5 Marco León x


7 Ricardo Racines x

8 Renato Garrido x

9 Marco Morales x


11 Lucio Rojas x

12 Diana Oña x

13 Dina Ibadongo x

14 Belén Andrade x

15 Paúl Ruiz x

16 Byron Loarte x

17 Anónimo x


19 Salomé Idrobo x

20 Adrián Yepez x

21 César Palmay x

22 Juan Villacís x

23 Jorge Sarango x

24 David Ramírez x



27 Hugo Gangotena x


29 Fausto Carrera x

30 Pamela Díaz x

31 José Cuichán x

32 Marcelo Llugsi x

33 Pablo Herrera x


35 Carmen Ochoa x


37 Dayana Clanjoy x


39 Celia Andrade x


41 Jairo Revelo x

42 Pablo Salamea x


44 José Dávila x


46 Luis Herrera x




50 Kleber Quinga x


Sí No

36 15

70,59% 29,41%



SI NO

Si su respuesta es afirmativa pase a la pregunta 6. Caso contrario GRACIAS por

su colaboración.


Nombre Sí No

1 Juan Chiriboga x

2 Marcos Morales

3 Daniel Peralta x

4 José Calderón x

5 Marco León


7 Ricardo Racines x

8 Renato Garrido

9 Marco Morales x


11 Lucio Rojas x

12 Diana Oña x

13 Dina Ibadongo x

14 Belén Andrade x

15 Paúl Ruiz

16 Byron Loarte x

17 Anónimo x


19 Salomé Idrobo x

20 Adrián Yepez

21 César Palmay x

22 Juan Villacís x

23 Jorge Sarango x

24 David Ramírez x

25 Christian Montenegro

26 Christian Calvachi

27 Hugo Gangotena x

28 Moorilú Chuico

29 Fausto Carrera x

30 Pamela Díaz

31 José Cuichán x

32 Marcelo Llugsi x

33 Pablo Herrera x


35 Carmen Ochoa

36 Estefanía Arámbulo

37 Dayana Clanjoy x


39 Celia Andrade x

40 Gabriel Vizuete

41 Jairo Revelo

42 Pablo Salamea x

43 Santiago Morales

44 José Dávila x


46 Luis Herrera


48 Alejandro Santillán


50 Kleber Quinga x


Sí No

27 9

75,00% 25,00%

5. SI NO DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a adquirir una?

SI NO



Nombre Sí No

1 Marcos Morales x

2 Marco León x

3 Paúl Ruiz x

4 Adrián Yepez x



7 Hugo Gangotena x

8 Moorilú Chuico x

9 Pamela Díaz x

10 José Cuichán x

11 Marcelo Llugsi x

12 Carmen Ochoa x



15 Jairo Revelo x


17 Luis Herrera x


Sí No

14 4

77,78% 22,22%


Instalaría el

sistema de

Propulsión

No instalaría el

sistema

de propulsión

Tabla A 2.7. Extensión de la pregunta 5

Nombre Instalaría el sistema de

Propulsión

No instalaría el

sistema de

Propulsión

1 Marcos Morales x

2 Marco León x

3 Paúl Ruiz x



6 Hugo Gangotena x

7 Pamela Díaz x

8 José Cuichán x



11 Jairo Revelo x


13 Luis Herrera x


Sí No

12 2

85,71% 14,29%


¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨

Nota: De esta pregunta en adelanta se tomarán en cuenta tan solo a las personas

que estarían dispuestas en incorporar un sistema de propulsión neumático en su

bicicleta.


Nombre

Km

diarios

1 Juan Chiriboga 30

2 Marcos Morales 10

3 Daniel Peralta 6

4 José Calderón 10

5 Marco León 12

6 Michael Campoverde 4

7 Ricardo Racines 26

8 Renato Garrido 6

9 Marco Morales 6

10 Santiago Araujo 8

11 Lucio Rojas 26

12 Diana Oña 26

13 Dina Ibadongo 26

14 Belén Andrade 18

15 Byron Loarte 20

16 Jessica Morales 26

17 Salomé Idrobo 10

18 César Palmay 20

19 Christian Montenegro 15

20 Christian Calvachi 10

21 Pamela Díaz 20

22 José Cuichán 30

23 Pablo Herrera 22

24 Madelyne Carrera 14

25 Estefanía Arámbulo 20

26 Dayana Clanjoy 20

27 Estefanía Zuleta 12

28 Celia Andrade 20

29 Gabriel Vizuete 6

30 Jairo Revelo 6

31 Pablo Salamea 6

32 Santiago Morales 6

33 José Dávila 6

34 Joaquín Sanango 12

35 Luis Herrera 12

36 Alejandro Santillán 20

37 Jacqueline Chicaiza 14

38 Cristian Quishpe 20

Hasta 10 km De 11 a 20 km Más de 20 km

14 16 8

36,84% 42,11% 21,05%


15 minutos a 30 minutos________ 31 minutos a 1 hora_________ 1 hora o

más________


Nombre 15 a 30 minutos 31 min. a 1 hora

1 Hora o

más

1 Juan Chiriboga x

2 Marcos Morales x

3 Daniel Peralta x

4 José Calderón x

5 Marco León x

6

Michael

Campoverde x

7 Ricardo Racines x

8 Renato Garrido x

9 Marco Morales x


11 Lucio Rojas x

12 Diana Oña x

13 Dina Ibadongo x

14 Belén Andrade x

15 Byron Loarte x


17 Salomé Idrobo x

18 César Palmay x

19

Christian

Montenegro x


21 Pamela Díaz x

22 José Cuichán x

23 Pablo Herrera x



26 Dayana Clanjoy x


28 Celia Andrade x


30 Jairo Revelo x

31 Pablo Salamea x


33 José Dávila x


35 Luis Herrera x




15 a 30 minutos 31 min. a 1 hora 1 Hora o más

12 14 12

31,58% 36,84% 31,58%

8. Su edad está entre los:


Nombre 15 - 25 años 26 - 35 años Más de 36 años

1 Juan Chiriboga x

2 Marcos Morales x

3 Daniel Peralta x

4 José Calderón x

5 Marco León x

6 Michael x

15 – 25 años

26 – 35 años

Más de 36 años

Campoverde

7 Ricardo Racines x

8 Renato Garrido x

9 Marco Morales x


11 Lucio Rojas x

12 Diana Oña x

13 Dina Ibadongo x

14 Belén Andrade x

15 Byron Loarte x


17 Salomé Idrobo x

18 César Palmay x

19

Christian

Montenegro x


21 Pamela Díaz x

22 José Cuichán x

23 Pablo Herrera x


25

Estefanía

Arámbulo x

26 Dayana Clanjoy x


28 Celia Andrade x


30 Jairo Revelo x

31 Pablo Salamea x


33 José Dávila x


35 Luis Herrera x


37

Jacqueline

Chicaiza x


15 - 25 años 26 - 35 años Más de 36 años

34 3 1

89,47% 7,89% 2,63%

ANEXO B

“SIMULACIÓN DE LA ENERGÍA DEL AIRE

COMPRIMIDO POR UNIDAD DE PESO”

B.1. SIMULACIÓN 1

Tabla B.1. Datos Técnicos Cilindro Neumático (Simul ación 1)

B.1.1. Formulario

¦B#�#Í@ � �5_Â_]�KL " z " ¼KF5LKK_�1

Tabla B.2. Resultados de cálculo (simulación 1)

¶*>Bzí# � ¦B#�#Í@�@*�%A@

¶*>Bzí# � 84697,25 ô Aq:

B.2. SIMULACIÓN 2


Diametro: 32 mm

Presión: 80 psi

Cilindro Neumático

Fuerza Cilindro: 99,72 lbs 45,3273 kg

Distancia Rec: 400 mm 0,4000 m

Consumo : 0,072 ft3 0,0021 m3

Volumen Esp. 6,53 kg/m3 6,53 kg/m3

Trabajo: 177,86 J

Consumo: 0,0021 m3

Diametro: 46 mm

Presión: 40 psi

Cilindro Neumático



Consumo : 0,082 ft3 0,0023 m3

Densidad: 3,26 kg/m3 3,26 kg/m3


B.3. SIMULACIÓN 3



B.4. SIMULACIÓN 4


Trabajo: 183,77 J

Consumo: 0,0023 m3

Energía: 79899,15 J/kg

Diametro: 30 mm

Presión: 100 psi

Cilindro Neumático



Consumo : 0,087 ft3 0,0025 m3


Trabajo: 195,42 J

Consumo: 0,0025 m3

Energía: 78166,08 J/kg

Diametro: 38 mm

Presión: 60 psi

Cilindro Neumático



Consumo : 0,082 ft3 0,0023 m3



B.5. ENERGÍA PROMEDIO POR UNIDAD DE MASA DEL AIRE C OMPRIMIDO

Tabla B.9. Energía Promedio

Trabajo: 188,12 J

Consumo: 0,0023 m3

Energía: 81791,36 J/m3

ENERGÍA 1 84697,25 J/m3

ENERGÍA 2 79899,15 J/m3

ENERGÍA 3 78166,08 J/m3

ENERGÍA 4 81791,36 J/m3

ENERGÍA PROMEDIO: 81138,46 J/m3

ANEXO C

“ NORMA Y SIMBOLOGÍA NEUMÁTICA”

ANEXO D

“FOTOGRAFÍAS DEL PROTOTIPO”

Vista Lateral del Sistema de Impulsión Neumático

Vista del Cilindro Neumático y el Acumulador

Vista Frontal de la Bicicleta Neumática

Vista del Sistema de Propulsión

Válvula reguladora de Presión Acumula dores de Aire Comprimido

Cilindros Neumáticos y Sistema de Movimiento Mecáni co

ANEXO E

“HOJAS DE PROCESOS”

ANEXO F

“PLANOS DE LA BICICLETA NEUMÁTICA”

ANEXO G

“PLANOS DE MONTAJE DE LA BICICLETA

NEUMÁTICA”

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