Revista Supraingenieria Año 2013 N° 2

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ISSN 2344-8012 Depósito Legal:ppi200002LA3953 Revista Científica de la Facultad de Ingeniería

Conocimiento al alcance de la Ingeniería

COMPUTACION

Supraingeniería

MANTENIMIENTO MECANICO

ELECTRICA

TELECOMUNICACIONES

Vol 2 Año 2013

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Autoridades Universitarias

Dr. Jorge Benítez Rector

Dr. Pedro Briceño Vicerrector Académico

MSc. Rafael Rubio Vicerrector Administrativo

Lcda. Vanessa Quero Secretaria General

Revista Científica de la Universidad Fermín Toro Correo: supraingenieriauft@gmail.com URL: http://www.uft.edu.ve/ingenieria/

La Revista Electrónica Supraingeniería de la Universidad Fermín Toro nace en forma impresa en Noviembre del 2000 y se convierte en Revista Electrónica el 09 de Noviembre de 2011, se publica semestralmente.

Es un medio multidisciplinario e interdisciplinario de difusión de la investigación en las áreas de la ingeniería, dirigida a profesionales y estudiantes.

Supraingeniería, nacida en el seno de los estudiantes y docentes de ingeniería, tiene como fin brindar un medio de difusión de la creatividad, innovación y conservación del ambiente.

Año: 2013 Junio – Noviembre Barquisimeto – Estado Lara Volumen II. No. 2 Periodicidad Semestral MSc. Rebeca Rivas Ventura Editora en Jefe

Diseño y Maquetación MSc. Rosa Ortiz Redacción y Estilo

Calle Principal, Local Comercial Chucho Briceño, S/N, sector Cabudare, estado Lara. Venezuela.

Teléfonos: +58 0251-7100137 / +58 02517100163

Supraingeniería

Vol 2 Año 2013

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EDITORIAL

Rebeca Rivas Editora de Supraingeniería El desarrollo en las telecomunicaciones, la informática y el transporte han hecho que en todo el planeta se tenga acceso al conocimiento y la información de todos los temas de manera sencilla y económica; esto permite a la sociedad en general visualizar la forma en la que se solucionan los problemas y que llegue a la mayoría de los miembros de la comunidad científica la información sobre los nuevos desarrollos y avances de la ciencia en todos los campos del conocimiento. El hecho de tener un mundo globalizado en el que la fabricación de las cosas se puede hacer en cualquier lugar del mundo, genera ingeniería que se dedica a investigar, diseñar, desarrollar, instalar, operar, mantener y controlar sistemas de producción. La ingeniería en la actualidad puede verse como la ingeniería del desarrollo e investigación, en la que cada día se puede aumentar la eficiencia de los sistemas diseñados y que se dedica a mantener funcionando los sistemas existentes.

La ingeniería en la Universidad Fermín Toro, se basa en la búsqueda de nuevas tecnologías que permitan el mejor desarrollo y ser competitivos, desarrollo de nuevos materiales, combustibles, máquinas y sistemas de control, mejor aprovechamiento de la energía en todas sus formas y para todos los fines, control en las telecomunicaciones y el espacio, la multidiciplinariedad en la aplicación de la ingeniería. La ingeniería forma parte del que hacer cotidiano del hombre, por lo que se puede decir que es necesaria para humanidad y que además permite al hombre mejorar su calidad de Supraingeniería

vida. La globalización ha permitido que los resultados de la ingeniería se encuentren al alcance de todo el mundo, la participación, preparación y desarrollo de los ingenieros de la Institución es una responsabilidad compartida por todos los que hacen vida en el que hacer académico de la misma, y se ve cristalizada a través de las producciones e investigaciones que desarrollan estudiantes y profesores plasmadas en las páginas de esta publicación.

Este Volumen contiene dos trabajos de Grado que obtienen la mención Publicación: BRAZO ROBOTICO PARA EL CONTROL DEL PESO EN EL EMPACADO DE 50 KG DE AZÚCAR PARA EL CENTRAL AZUCARERO RÍOTURBIO, BARQUISIMETO EDO LARA Autora: Flor M E Villa Sajona Tutor: Ing. Marienny Arrieche DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN PROTOTIPO DE CHASIS TIPO FÓRMULA SAE, PARA LA UNIVERSIDAD FERMÍN TORO Autor: Galaor Buoli Tutor: Ing. Luis Rodríguez

Vol 2 Año 2013

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UNIVERSIDAD FERMÍN TORO VICE-RECTORADO ACADÉMICO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERIA DE COMPUTACIÓN

I. BRAZO ROBOTICO PARA EL CONTROL DEL PESO EN EL EMPACADO DE 50 KG DE AZÚCAR PARA EL CENTRAL AZUCARERO RÍO TURBIO, BARQUISIMETO EDO LARA

Autor: Br. Flor M E Villa Sajona Tutor: Ing. Marienny Arrieche

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Vol 2 Año 2013

5 CABUDARE, AGOSTO DE 2013

ÍNDICE GENERAL P. DEDICATORIA…………………………………………………………….

iv

AGRADECIMIENTO………………………………………………………

v

ÍNDICE GENERAL………………………………………………………...

vii

LISTA DE CUADROS…………………………………………………...…

x

LISTA DE FIGURAS...……………………………………………………..

xi

RESUMEN…………………………………………………………………..

xii

INTRODUCCIÓN

1

CAPITULO

I. EL PROBLEMA

3

Planteamiento del Problema…………………………………….……

3

Objetivos de la Investigación…………………………………………

6

Objetivo General……………………………………..……….

6

Objetivos Específicos…………………………………………

7

Justificación e Importancia…………………………… …….…….....

7

Alcances y Limitaciones……………………………………………...

10

Alcances………………………………………………………

10

Limitaciones………………………………………………….

11

II. MARCO TEÓRICO 12 Antecedentes de la Investigación…………….………………………..

14

Bases Teóricas………………………………………………………...

15

Robótica………………………………………………………

15

Robots………………………………………………………...

15

Robots Industrial……………………………………………...

16

Clasificación de los Robots…………………………………...

16

Arquitectura de los Robots……………………………………

18

Configuración Cartesiana con Área de Trabajo………………

21

Configuración Cilíndrica con Área de Trabajo.………………

22

Configuración Polar con Área de Trabajo……………………

23

Configuración Brazo Articulado con Área de Trabajo……….

24

Configuración Scara con área de Trabajo…………………….

25

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6 Virtualización…………………………………………………

25

Arquitectura Harvarnt………………………………………...

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Sentido de Giro……………………………………………….

34

III. MARCO METODOLÓGICO

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Naturaleza de la Investigación…………….……….………..………...

35

Diseño e Investigación……………………..…………………….……

36

Fases de la Investigación…………………………..………………….

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Fase I: Diagnostico…………………………………….……..

36

Fase II: Factibilidad…………………………………………..

37

Fase III: Diseño de la Investigación………………………….

39

Objetivos del Diseño…………………………………………………..

40

Objetivo General……………………………………………...

40

Objetivos Específicos del Diseño…………………………….

40

IV. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS 42 Descripción del Sistema………………………………………………

42

Modulo de Control…………………………………………………….

42

Modulo de Medición de Peso…………………………………………

43

Modulo de Alimentación…………………….………………………..

46

Programación del Arduino…………………………………………….

47

Diagrama de flujo……………………………………………………..

47

V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

49

Conclusiones…………………………………….…………………….

49

Recomendaciones……………………………………………………..

49

viii

II. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS LISTA DE CUADROS CUADRO

1

Costos de Materiales por Parte de Aliexpress.com………….. 38

2

Costos de Materiales por Parte de Aliexpress.com………….. 39

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51IX

P.

Vol 2 Año 2013

7 x LISTA DE FIGURAS FIGURA

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Configuraciones Morfológicas

P. de

Robot

Industrial.

20

Configuración Cartesiana…………………………………….

2

Configuración Cilíndrica…………………………………….. 21

3

Configuración Polar o Esférica……………………………… 22

4

Configuración Brazo Articulado o Angular…………………. 23

5

Configuración SCARA……………………………………… 24

6

Diagrama de Conexión del Modulo de Control……………... 43

7

Diagrama de Conexión del Modulo de Peso………………… 44

8

Diagrama de Conexión del Modulo de Control de Motores… 45

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Diagrama de Conexión del Modulo de Alimentación………. 46 xi

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8 UNIVERSIDAD FERMÍN TORO VICE-RECTORADO ACADÉMICO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE COMPUTACIÓN

BRAZO ROBOTICO PARA EL CONTROL DEL PESO EN EL EMPACADO DE 50 KG DE AZÚCAR PARA EL CENTRAL AZUCARERO RÍO TURBIO, BARQUISIMETO EDO LARA

Autor: Br. Flor M E Villa Sajona Tutor: Ing. Marienny Arrieche Año: 2013 RESUMEN

La presente investigación está enmarcada dentro de la modalidad proyecto factible, caracterizando los procesos manuales de los trabajadores de dicha fabrica y diagnosticando las prevenciones de salud e higiene tanto del trabajador como del consumidor. Para identificar los procesos necesarios que se desea en esta automatización, se realizó una visita a la fábrica verificando el movimiento y funcionamiento de las máquinas, con la finalidad de poder detectar la problemática que se busca solventar, la higiene en este caso es importante ya que el trabajador tiene contacto directamente con el producto del consumidor con el propósito de eliminar la azúcar sobrante del saco donde se empaca, se realizara una solución con un brazo robótico que quitara el exceso de azúcar y así el trabajador no tendrá necesidad de tocarla con sus manos para poder quitarla.

Descriptores: Brazo robótico, utilizando Sistema Arduino

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INTRODUCCIÓN

El Central Azucarero Río Turbio, se encuentra ubicado en la carretera vieja Barquisimeto-Yaritagua, Estado Lara, en una zona de área seca con un período húmedo de tres a seis meses y de 800 a 1000 mm de precipitación en promedio anual; suelos de texturas finas y medias, con drenaje lento; aguas de riego con concentraciones salinas relativamente altas; el método de riego utilizado en la zona es el de gravedad.

La empresa se dedica al proceso de elaboración de azúcar que consta de un conjunto de etapas tales como; recepción de materia prima: donde se realizan análisis en laboratorio, preparación de la caña, extracción del jugo, clarificación del jugo, evaporación, cristalización y centrifugación, refinación, envasado y almacenado, las cuales se encargan de modificar y transformar la caña de azúcar, específicamente la sacarosa conocida como azúcar refinada.

En la condición que se encuentra la empresa en cuanto a su tecnología y agilidad de su procesos internos de producción, se a diseñado para esta investigaciòn la integración de un brazo robot controlado por una micro controlador en un proceso automatizado cuya virtud es promover la optimización del proceso productivo, su efecto en la economia y destinado a sustituir la actividad fisica del hombre, en las tareas respectivas y monotonas. Dicho brazo irá situado en el punto final de todo el proceso, con la finalidad de almacenar todos los elementos de salida que nos suministra un manipulador. Este sistema será supervisado por un PC, el cual irá monitorizando el proceso en cuestión.

La presente investigacion se desasarrolla en cinco (5) capitulos:

El Capítulo I, desarrolla el planteamiento del problema para el cual se estudia una solución factible, qué objetivos se requieren seguir para lograrlo, los alcances que pretende abarcar y las limitaciones.

En el Capítulo II, se desarrolla la parte teórica de la investigación los antecedentes, bases teóricas de los elementos que se implementaron en la propuesta y finalmente se definen términos básicos pertenecientes al vocabulario que se manejara.

El Capítulo III, indica las técnicas y los procedimientos empleados para llevar a cabo los estudios realizados de factibilidad, mediante el marco metodológico del proyecto.

El Capítulo IV, se refleja el análisis de los resultados de la descripción del sistema del proyecto, caracterizando el proceso manual y diagnosticando las prevenciones del trabajador como del consumidor.

El Capítulo V, se encuentra las conclusiones y recomendaciones obtenidas en la investigación. Del mismo modo se anexaran los documentos y referencias que sustentan y fundamentan la investigación.

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CAPÍTULO I

EL PROBLEMA Planteamiento del Problema

En la actualidad, el desarrollo de la tecnología, donde se incluyen las computadoras, los actuadores de control retroalimentados, transmisión de potencia a través de engranes, y la tecnología en sensores han contribuido a flexibilizar los mecanismos autómatas para desempeñar tareas dentro de la industria. Entre estas invenciones de gran desarrollo intelectual llevadas a cabo por el hombre, se encuentra la Robótica, la cual ha venido a facilitar en muchos aspectos el desempeño de trabajos para el ser humano, así como, contribuir con el crecimiento tecnológico y la globalización.

La robótica según Dueñas, F (2011) es “la rama de la tecnología que se dedica al diseño, construcción, operación, disposición estructural, manufactura y aplicación de los robots”. La robótica combina diversas disciplinas como son: la mecánica, la electrónica, la informática, la inteligencia artificial, la ingeniería de control y la física. A su vez, otras áreas importantes en robótica son el álgebra, los autómatas programables y las máquinas de estados.

Es importante destacar que, son varios los factores que intervienen para que se desarrollaran los primeros robots en la década de los 50’s. La investigación en inteligencia artificial desarrolló maneras de emular el procesamiento de información humana con computadoras electrónicas e inventó una variedad de mecanismos para probar sus teorías.

Así mismo, la historia de la automatización industrial está caracterizada por períodos de constantes innovaciones tecnológicas. Esto se debe a que las técnicas de automatización están muy ligadas a los sucesos económicos mundiales.

El uso de robots industriales junto con los sistemas de diseño asistidos por computadora (CAD), y los sistemas de fabricación asistidos por computadora (CAM), son la última tendencia en automatización de los procesos de fabricación. Aunque el crecimiento del mercado de la industria Robótica ha sido lento en comparación con los primeros años de la década de los 80´s, de acuerdo a algunas predicciones, la industria de la robótica está en su infancia. Ya sea que éstas predicciones se realicen completamente, o no, es claro que la industria robótica, en una forma o en otra, permanecerá y es parte del planteamiento para el desarrollo de la presente investigación con la que se busca contribuir al mejoramiento de procesos industriales que faciliten el trabajo del hombre, agilicen el procedimiento y se traduzca en mayor productividad en menor tiempo con beneficios para la empresa y sus trabajadores.

En la actualidad el uso de los robots industriales está concentrado en operaciones muy simples, como tareas repetitivas que no requieren tanta precisión. En los 80´s las tareas relativamente simples como las máquinas de inspección, transferencia de materiales, pintado automotriz, y soldadura eran económicamente viables para ser robotizadas. Los análisis de mercado en cuanto a fabricación predicen que en ésta década y en las posteriores los robots industriales incrementaran su campo de aplicación, esto debido a los avances tecnológicos en sensorica, los cuales permitirán tareas más sofisticadas como el ensamble de materiales.

Como puede observarse la automatización y la robótica son dos tecnologías estrechamente relacionadas. En un contexto industrial se puede definir la automatización como una tecnología que está relacionada con el empleo de sistemas mecánicos-eléctricos basados en computadoras para la operación y control de la producción. En consecuencia la robótica es una forma de automatización industrial.

Al respecto, en la empresa Central Azucarero Río Turbio existe una dificultad evidente con relación al proceso de empacado de azúcar en su versión de saco de 50 kilogramos, se observó a través de una visita guiada a la sede ubicada en la ciudad de Barquisimeto, estado Lara que durante el empacado que se hace a través de unas máquinas, siempre existe un excedente de un (1) kilogramo o más en el contenido de los sacos de azúcar de 50 kilogramos, esto genera que un empleado deba cargar cada uno de los sacos empacados proceder a pesarlo para retirar el excedente de forma manual, retardando el proceso y generando costos y pérdida de tiempo innecesarios. Durante el diagnostico, se pudo evidenciar que esta situación representa una debilidad en la empresa y una necesidad latente que debe ser solucionada, es por esto que en esta investigación se propone diseñar un brazo robótico para el control de la exactitud del peso del empacado de 50 kilogramos de azúcar para el Central Azucarero Río Turbio en la ciudad de Barquisimeto en el Estado Lara.

En esta industria se realizan los procesos de fabricación y distribución de empacado de azúcar, para llevar a cabo la función de empacado se utilizan métodos automatizados y semi-automatizado. Entendiéndose por lo primero la no utilización de personal para el manejo de las maquinarias y por lo segundo el uso parcial de recurso humano para el manejo de las mismas.

Existe dos tipos de forma de distribución de empaquetado para que pueda salir al mercado, una de ellas es en presentación de bolsas de 1 kilo gramo y la otra es los sacos de 50 kilos, lo que queremos llegar es a reducirles el trabajo manual a los sacos de 50 kilos donde sus maquinarias automatizan el llenado con una tolva mecánica y automatizada pero esta tiene un margen de error y lo que deseamos es eliminar ese margen de error con un brazo que recoja la azúcar sobrante ya sea mínima el gramo que pase de más.

Objetivos de la Invetigación

A. Objetivo General Diseñar un Brazo Robótico para el control del peso en el empacado de 50 kilogramos de azúcar en el Central Azucarero Río Turbio de Barquisimeto, Edo Lara.

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B. Objetivos Específicos

1. Diagnosticar la necesidad de un brazo robótico para el control de la exactitud del peso en el empacado de 50 kg de azúcar en el Central Azucarero Río Turbio. Barquisimeto, Edo Lara.

2. Identificar los elementos que debe incluir el diseño de un brazo robótico para el control de la exactitud del peso del empacado de 50 kg de azúcar en el Central Azucarero Río Turbio. Barquisimeto, Edo Lara.

3. Diseñar un brazo robótico para el control de la exactitud del peso en el empacado de 50 kg de azúcar en el Central Azucarero Río Turbio.

Barquisimeto, Edo Lara.

Justificación

La presente investigación es importante porque ofrece una opción viable al colaborar con el diseño de un brazo robótico dirigido a la empresa Central Azucarero Río Turbio para contribuir con las mejoras de los procesos industriales dentro de la organización, también dirigido a estudiantes de computación e informática, así como de mecánica y electrónica y a su vez a profesionales del área en cuestión ubicados en Barquisimeto, Edo Lara, constituyéndose en un aporte importante para el desarrollo tecnológico de la región y del país.

Al mismo tiempo, éste avance en robótica impulsará el movimiento creativo relacionado con la tecnología en la capital del Edo Lara, la cual se traduce en mayores conocimientos, campo de trabajo y colaboración informativa para los que se desenvuelven en ese medio.

Este proyecto es relevante para todas aquellas personas interesadas en la robótica en general y que estén de acuerdo con el uso apropiado de las nuevas tecnologías como mecanismo de transmisión de información, mejoramiento de procesos y desarrollo de la calidad de vida de los seres humanos y así generar resultados positivos de manera global.

Ahora bien, todo proceso de investigación y creación lleva inmerso en si mismo características que lo hacen relevante para el entorno en general, no obstante, es necesario conocer la importancia del mismo para diferentes ámbitos.

Desde el punto de vista tecnológico, es importante destacar que la creación de este robot contribuye al desarrollo profesional para el estudiante y las mejoras de conocimiento en el profesional ya que su contenido será apto para estos sujetos, así como también para otros usuarios que solamente se dediquen a investigar. De igual forma el mismo puede ser aplicado a otros cuyo ámbito de desenvolvimiento sea el área estudiada. Desde el punto de vista académico, la investigación sentará las bases metodológicas y teóricas para investigaciones futuras sobre el tema, conservando una coherencia lógica en el desarrollo de los objetivos propuestos.

Con respecto a lo social, cabe destacar que la robótica se encuentra en la cima universalmente hablando, aún y cuando en Venezuela se está en proceso de desarrollo, gracias a sus nuevas tendencias logran capturar y persuadir a toda aquella que esté alerta y subliminalmente atrae a las que no estén al tanto.

Con esta propuesta se contribuye al mejoramiento del área de la computación y la tecnología en Barquisimeto y por ende se impulsa a los estudiantes y se da a conocer a los profesionales, por lo tanto esto conlleva a una mejor calidad de vida de la sociedad en general.

Desde la perspectiva económica la creación del brazo robótico se traduce en brindarle veracidad, rapidez, facilidad e interacción a la empresa a un costo necesario pero que se traducirá en una mayor productividad.

La presente investigación se encuentra ubicada en el Polo III: “Identidad y multiculturalismo en un mundo globalizado”, el cual es definido por la Universidad Fermín Toro, como el cambio de transmisión de conocimientos a nivel educativo y cultural para toda la sociedad venezolana y a su vez para este mundo globalizado, donde el proceso de transculturización es inminente.

La línea de este proyecto: “Robótica para el beneficio del hombre”, porque ambos elementos van de la mano con las nuevas tecnologías para subsistir en un mundo globalizado y enriquecer la tecnología local.

Por último, el eje en que se encuentra este proyecto es el 3, el cual constituye el Control de Sistemas Electrónicos porque se crearan y ejecutaran acciones tecnológicas avanzadas para lograr los objetivos del proyecto.

Obteniéndose como ventaja la reacomodación del personal en actividades más provechosa y útiles en consonancia con los requerimientos de sus puestos y de las necesidades de la industrias.

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Por otra parte se contribuye a la higiene del producto, considerando que sería innecesario el contacto directo y no esterilizado de la mano del trabajador con el producto.

Un brazo robótico estaría horas y horas trabajando, sin descanso, puede aguantar más que un humano parado en un solo sitio para estar pendiente del producto.

Alcances y limitaciones 1) Alcances El diseño de este brazo robótico tiene como propósito principal alcanzar al público al cual va dirigido, los estudiantes de Computación, Mecánica, Eléctrica y todas las personas interesadas en el área de Robótica tanto en el Estado como en el país. No obstante, al estar insertada en las nuevas tecnologías tiene un alcance universal, el cual lo transforma en un proyecto ambicioso que puede ser de interés global y así recibir aportes de las diferentes tendencias en robótica repartidas por los 5 continentes que conforman el planeta.

Además, este proyecto tiene ventajas comparándose con los avances alcanzados en el ámbito de la robótica en el país, en virtud de que va un paso más allá hacia la consecución de los fines del desarrollo tecnológico como lo es proporcionar mayor bienestar a los individuos.

Visibilidad, interactividad y rapidez son algunos de los adjetivos calificativos que se le podrían atribuir a la creación de este brazo robótico que servirá de guía a todo aquel que desee conocer a fondo el mundo de la robótica y la computación. Para lograr estos propósitos se procederá a: 1. Rediseñar un control basado en el Sistema Arduino

2. El brazo construido tendrá 3 giros de libertad y una pala.

3. Se utilizará un (ADAM) convertidor analógico digital resolución de 12 bit 12vs.

2) Limitaciones El presente proyecto el sistema no contiene un bakup para poner en marcha y mantener un sistema de suministro de emergencia, son necesarias numerosas pruebas. Se deben registrar a la vez gran número de parámetros (la corriente y la tensión trifásicas, la potencia, el factor de potencia, los armónicos y los transitorios) durante entre 8 y 24 horas, además de documentarse en un informe CAPITULO II MARCO TEÓRICO Antecedentes de la Investigación

Para desarrollar los aspectos de diseño y construcción en esta investigación se procede a revisar los trabajos realizados con anterioridad en esta área, que dan sustento a la investigación así como las bases teóricas que afirman la misma, contribuyendo así a la explicación, interpretación y predicción de los elementos que coexisten e interactúan entre los factores y procesos de funcionamiento del brazo robótico.

Entre los antecedentes a esta investigación tenemos:

Torrealba, J. (2008). Condujo una investigación titulada “Brazo Robótico para Vacunar el Ganado Bovino”. Como trabajo de grado para optar por el título de Ingeniero en Computación en la universidad Fermín Toro. El cual era capaz de sustituir el proceso de vacunación de animales bovinos por un equipo automatizado, logrando una mejor y más rápida ejecución del proceso y así permitiendo la mejora de producción pecuaria del país. La conclusión a la que llega la investigación es que, es necesaria la aplicación de esta herramienta para efectuar la vacunación de este tipo de ganado, debido a que acelera la producción evitando posibles contagios de enfermedades altamente peligrosas para la salud de los animales y consumidores de los alimentos que estos nos proporcionaran.

De este trabajo se toma como aporte el análisis y comprensión del comportamiento del brazo robótico, así como de la información descriptiva sobre la robótica y sus tipos, así como el fundamento para el desarrollo de las bases teóricas.

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Ríos, L.; González, F. y Otros (2010). Presentaron el siguiente trabajo investigativo titulado “Implementación de un circuito de control en un brazo robótico”. Perteneciente al Centro de Enseñanza Técnica y Superior (CETYS Universidad) de la ciudad de Tijuana, Baja California, México. Dicho proyecto plantea el diseño, programación y construcción de un circuito de control para el brazo robótico XR-ROBOT del fabricante RHINO Robotics manipulado a través de un periférico de entrada (joystick), mediante la implementación de micro-controladores PIC y un módulo de control de motores con la configuración de un puente H. El valor aportado por este autor es de suma importancia ya que emplea una parte de la tecnología que será implementada en el actual trabajo investigativo, como es el uso de Microcontroladores PIC de la Serie 18FX como medio de procesamiento.

Duran, A. (2012) conjunto investigación titula “Modulo de control para el brazo robótico armdroid 2001 del laboratorio procesos de fabricación III Cd la Universidad Fermín Toro” Como trabajo de grado para optar por el título de Ingeniero en Computación en la universidad Fermín Toro el cual propone la elaboración de un dispositivo que realizara el control de un brazo articulado de forma independiente, la integración de funciones que permita al robot ser manipulado con un nuevo periférico; también establecerá una nueva interfaz de comunicación entre controlador del brazo robótico de nuevos terminales. En conclusión determinó que el uso de elementos de interrelación entre el hombre y la maquina no es un concepto nuevo, pero aquí se ratifica que el elemento más cómodo de usar ya que es universal, por lo que el manejo de la plataforma es más fácil y sencilla.

Bases Teóricas

3) Robótica Groover, M. P. (1990) en su libro define la robótica “como una ciencia aplicada en combinación de tecnología de las máquinasherramienta y de la informática. Comprende campos tan aparentemente diferentes como diseño de máquinas, teoría de control, microelectrónica, programación de computadoras, inteligencia artificial, factores humanos y teoría de producción.” (p.21). La robótica es una forma de automatización industrial que se dedica al diseño, construcción, operación, disposición estructural, manufactura y aplicación de los robots 4) Robots La palabra robot apareció por primera vez en 1917 en el teatro nacional de Praga, en la obra teatral RUR (Rossum’s Universal Robots), publicado por el escritor Karel Capek (1890-1938); su origen se deriva del sustantivo checo "robota" que significa "servidumbre o trabajo forzado" en la traducción al inglés de dicha obra se convirtió en el término robot.

Un robot es un agente inteligente mecánico o virtual que puede realizar tareas de forma automática o con la orientación, por lo general por control remoto. En la práctica, un robot es generalmente una máquina electro-mecánico que es guiado por ordenador y la programación electrónica. Los robots pueden ser autónomos, semiautónomo o controlados de forma remota.

5) Robots Industrial Es una maquina programable de uso general que tiene algunas características antropomórficas o humanoides. La definición oficial de un robot industrial establecido por la RIA (Robotics Industries Association) “un robot industrial es un manipulador multifuncional reprogramable diseñado para desplazar materiales, piezas, herramientas o dispositivos especiales mediante movimientos programados variables para la ejecución de una diversidad de tareas”.

6) Clasificación de los Robots Los robots pueden ser clasificados de muchas maneras, desde su forma y arquitectura, su inteligencia, las funciones que realizan y el fin para el que son desarrollados, el grado de control que se puede ejercer sobre ellos, los grados de libertad y hasta el lenguaje de programación con el que se programa. Algunas clasificaciones son las siguientes: a)

Clasificación General

a) Manipuladores. b) Robots de repetición. c) Robots controlados por computadora. d) Robots Inteligentes.

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e) Robots de Servicio. f) Robots Paralelos. b)

Clasificación por la FIR (Federación Internacional de Robótica)

a) Tipo A. Manipulador con control manual o por control remoto (Telemando). b) Tipo B. Manipulador automático preajustado (fines de carrera, PLCs, accionamiento neumático, eléctrico o hidráulico). c) Tipo C. Robot programable con trayectoria punto a punto. d) Tipo D. Robot capaz de adquirir los datos de su entorno y readaptar su función. c)

Clasificación por Generación

La generación de un robot se determina por el orden histórico de desarrollos en la robótica. a) 1ra Generación. Repite la tarea programada secuencialmente sin tomar en cuenta las posibles alteraciones del entorno.

b) 2da Generación. Actúa en consecuencia de la información que recolecta de su entorno. Puede localizar, clasificar y detectar fuerzas, y adaptarlas a sus movimientos.

c) 3ra Generación. Se programa a través de lenguaje natural. Posee la capacidad de planificación automática para de tareas.

7) Arquitectura de los Robots La arquitectura es definida por el tipo de configuración general del Robot, los dispositivos y mecanismos que pueden agruparse bajo la denominación genérica del robot, la subdivisión de los Robots, con base en su arquitectura, se hace en los siguientes grupos: a)

Móviles

Son Robots con gran capacidad de desplazamiento, basada en carros o plataformas y dotada de un sistema locomotor de tipo rodante.

Siguen su camino por telemando o guiándose por la información recibida de su entorno a través de sus sensores. Estos robots aseguran el transporte de piezas de un punto a otro de una cadena de fabricación. Guiados mediante pistas materializadas a través de la radiación electromagnética de circuitos empotrados en el suelo, o a través de bandas detectadas fotoeléctricamente, pueden incluso llegar a sortear obstáculos y están dotados de un nivel relativamente elevado de inteligencia. b)

Androides

Son Robots que intentan reproducir total o parcialmente la forma y el comportamiento cinemática del ser humano. Actualmente, los androides son todavía dispositivos muy poco evolucionados y sin utilidad práctica, y destinados, fundamentalmente, al estudio y experimentación. Uno de los aspectos más complejos de estos Robots, y sobre el que se centra la mayoría de los trabajos, es el de la locomoción bípeda. En este caso, el principal problema es controlar dinámica y coordinadamente en el tiempo real el proceso y mantener simultáneamente el equilibrio del Robot. c)

Zoomórficos

Los Robots zoomórficos, que considerados en sentido no restrictivo podrían incluir también a los androides, constituyen una clase caracterizada principalmente por sus sistemas de locomoción que imitan a los diversos seres vivos. A pesar de la disparidad morfológica de sus posibles sistemas de locomoción es conveniente agrupar a los Robots zoomórficos en dos categorías principales: caminadores y no caminadores. El grupo de los Robots zoomórficos no caminadores está muy poco evolucionado. Los experimentos efectuados en Japón basados en segmentos cilíndricos biselados acoplados axialmente entre sí y dotados de un movimiento relativo de rotación. Los Robots zoomórficos caminadores multípedos son muy numerosos y están siendo objeto de experimentos en diversos laboratorios con vistas al desarrollo posterior de verdaderos vehículos terrenos, piloteados o autónomos, capaces de evolucionar en 14

superficies muy accidentadas. Las aplicaciones de estos Robots serán interesantes en el campo de la exploración espacial y en el estudio de los volcanes. d)

Híbridos

Corresponden a aquellos de difícil clasificación, cuya estructura se sitúa en combinación con alguna de las anteriores ya expuestas, bien sea por conjunción o por yuxtaposición. Por ejemplo, un dispositivo segmentado articulado y con ruedas, es al mismo tiempo, uno de los atributos de los Robots móviles y de los Robots zoomórficos. e)

Poli Articulados

En este grupo se encuentran los Robots de muy diversa forma y configuración, cuya característica común es la de ser básicamente sedentarios (aunque excepcionalmente pueden ser guiados para efectuar desplazamientos limitados) y estar estructurados para mover sus elementos terminales en un determinado espacio de trabajo según uno o más sistemas de coordenadas, y con un número limitado de grados de libertad. En este grupo, se encuentran los manipuladores y los Robots industriales, se emplean cuando es preciso abarcar una zona de trabajo relativamente amplia o alargada, actuar sobre objetos con un plano de simetría vertical o reducir el espacio ocupado en el suelo y se puede clasificar según su morfología en: Robots angulares o antropomórficos, robots cilíndricos, robots esféricos o polares, robots tipo SCARA, robots paralelos, robots cartesianos, entre otros.

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Figura 1 Configuraciones Morfológicas de Robot Industrial Configuración Cartesiana

8) Configuración Cartesiana con Área de Trabajo La configuración tiene tres articulaciones prismáticas. Esta es bastante usual en estructuras industriales, empleadas para el transporte de cargas voluminosas. La especificación de posición de un punto se efectúa mediante las coordenadas cartesianas (X, Y, Z). Los valores que deben tomar las variables articulares corresponden directamente a las coordenadas que toma el efector final o extremo del brazo. Esta configuración no resulta adecuada para acceder a puntos situados en espacios relativamente cerrados y su volumen de trabajo es pequeño cuando se compara con el que puede obtenerse con otras configuraciones.

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Figura 2 Configuración Cilíndrica

9) Configuración Cilíndrica con Área de Trabajo Esta configuración tiene dos articulaciones prismáticas y una de rotación.

Generalmente la primera articulación es de rotación describiendo una configuración “RPP”. La posición se especifica de forma natural en coordenadas cilíndricas. Esta configuración puedes ser de interés en una célula flexible, con el robot situado en el centro de la célula sirviendo a diversas máquinas dispuestas a su alrededor. El volumen de trabajo de esta estructura RPP (o de la PRP), suponiendo un radio de giro de 360 grados y un rango de desplazamiento de L, es el de un toro de sección cuadrada de radio interior L y radio exterior 2L. Se demuestra que el volumen resultante es: 2πL^3.

16

Figura 3 Configuración polar o esférica

10) Configuración Polar con Área de Trabajo Está configuración se caracteriza por dos articulaciones de rotación y una prismática (RRP). En este caso las variables articulares expresan la posición del extremo del tercer enlace en coordenadas polares. En un manipulador con tres enlaces de longitud L, el volumen de trabajo de esta estructura, suponiendo un radio de giro de 360 grados y un rango de desplazamiento de L, es el que existe entre una esfera de radio 2L y otra concéntrica de radio L. Por consiguiente el volumen es (28/3)πL^3. .

Figura 4 17

Configuración Brazo Articulado o Angular

11) Configuración Brazo Articulado con área de trabajo

Esta configuración es una estructura con tres articulaciones de rotación (RRR). La posición del extremo final se especifica de forma natural en coordenadas angulares. La estructura tiene un mejor acceso a espacios cerrados y es fácil desde el punto de vista constructivo. Es muy empleada en robots manipuladores industriales, especialmente en tareas de manipulación que tengan una cierta complejidad. La configuración angular es la más utilizada en educación y actividades de investigación y desarrollo. En esta estructura es posible conseguir un gran volumen de trabajo. Si la longitud de sus tres enlaces es de L, suponiendo un radio de giro de 360 grados, el volumen de trabajo sería el de una esfera de radio 2L, es decir (32/3)πL^3.

Figura 5 Configuration SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm)

12) Configuración Scara con Área de Trabajo Similar al de configuración cilíndrica, pero el radio y la rotación se obtiene por uno o dos eslabones. Este brazo puede realizar movimientos horizontales de mayor alcance debido a sus dos articulaciones rotacionales. El robot de configuración SCARA también puede hacer un movimiento lineal (mediante su tercera articulación).

13) Virtualización Es una técnica empleada sobre las características físicas de algunos recursos computacionales, para la creación a través de software de una versión virtual de algún recurso tecnológico, como puede ser una plataforma de hardware, un sistema operativo, un dispositivo de almacenamiento u otros recursos de red. Esto implica hacer que un recurso físico, como un servidor, un sistema operativo o un dispositivo de almacenamiento, aparezca como si fuera varios recursos lógicos a la vez, o que varios recursos físicos, como servidores o dispositivos de almacenamiento, aparezcan como un único recurso lógico.

Esta tecnología permite la abstracción de los recursos de una computadora, mediante un Hypervisor o VMM (Virtual Machine Monitor), este crea una capa de abstracción entre el hardware de la máquina física (host) y el sistema operativo de la máquina virtual (virtual machine, guest), dividiéndose el recurso en uno o más entornos de ejecución. Esta capa de maneja, gestiona y arbitra los cuatro recursos principales de una computadora (CPU, Memoria, Almacenamiento y Conexiones de Red) y así podrá repartir dinámicamente dichos recursos entre todas las máquinas virtuales definidas en el computador central. a)

Tipos de Virtualización

Existen diferentes tipos de virtualización que se catalogan en dos grupos:

18

a) Virtualización de plataforma b) Virtualización de recursos. b)

Virtualización de Plataforma

Se trata de simular una máquina real (servidor o PC) con todos sus componentes, los cuales no necesariamente son todos los de la máquina física y prestarle todos los recursos necesarios para su funcionamiento. En general, se lleva a cabo en una plataforma de hardware mediante un software "host" (anfitrión), que es un programa de control que simula un entorno computacional para su software "guest" (huésped).

Este software “huésped”, que generalmente es un sistema operativo completo, se ejecuta como si estuviera instalado en una plataforma de hardware autónoma. Para que el sistema operativo “huésped” funcione, la simulación debe ser lo suficientemente grande como para soportar todas las interfaces externas de los sistemas huéspedes, las cuales pueden incluir los drivers de hardware.

Dentro de este esquema caben la mayoría de las formas de virtualización más conocidas, incluidas la virtualización de sistemas operativos, la virtualización de aplicaciones y la emulación de sistemas operativos. c)

Virtualización Completa

Esta es en donde la máquina virtual simula un hardware suficiente para permitir un sistema operativo “huésped” sin modificar (uno diseñado para la misma CPU) para ejecutar de forma aislada. Típicamente, muchas instancias pueden ejecutarse al mismo tiempo.

Este enfoque fue el pionero en 1966 con CP-40 y CP-67 (predecesores de la familia de máquinas vi

d)

Virtualización Parcial

“Address Space Virtualization”. La máquina virtual simula múltiples instancias de gran parte (pero no de todo) del entorno subyacente del hardware, particularmente los espacios de direcciones. Tal entorno acepta compartir recursos y alojar procesos, pero no permite instancias separadas de sistemas operativos “huésped”. e)

Virtualización por Sistema Operativo

Frecuentemente denominada virtualización compartida del Sistema Operativo o virtualización del SO, la virtualización del Sistema Operativo virtualiza servidores en la capa del sistema operativo (kernel). Este método de virtualización crea particiones aisladas o entornos virtuales (VEs) en un único servidor físico e instancia de SO para así maximizar los esfuerzos de administración del hardware, software y centro de datos. La Virtualización de Hypervisor tiene una capa base (generalmente un kernel) que se carga directamente en el servidor base. Para asignar hardware y recursos a las máquinas virtuales (VMs), es recomendable que todo el hardware del servidor esté virtualizado. La siguiente capa superior muestra cada chip, placa, etc. que debe virtualizarse para que así pueda ser asignado a las VMs. Una vez en la VM, hay una copia completa de un sistema operativo y finalmente la aplicación o carga de trabajo. f)

Virtualización de Recursos

Este permite agrupar varios dispositivos para que sean vistos como uno solo, o al revés, dividir un recurso en múltiples recursos independientes. Generalmente se aplica a medios de almacenamiento. También existe una forma de virtualización de recursos muy popular que no es sino las redes privadas virtuales o VPN, abstracción que permite a un PC conectarse a una red corporativa a través de la Internet como si estuviera en la misma sede física de la compañía. g)

Virtualización por Hardware

Virtualización asistida por Hardware son extensiones introducidas en la arquitectura de procesador x86 para facilitar las tareas de virtualización al software ejecutándose sobre el sistema. Si cuatro son los niveles de privilegio o anillos de ejecución en esta arquitectura, desde el cero o de mayor privilegio, que se destina a las operaciones del kernel de SO, al tres, con privilegios menores que es el utilizado por los procesos de usuario, en esta nueva arquitectura se introduce un anillo interior o Ring -1, que será el que un hypervisor o Virtual Machine Monitor usará para aislar todas las capas superiores de software de las operaciones de Virtualización. h)

Virtualización de Almacenamiento

Se refiere al proceso de abstraer el almacenamiento lógico del almacenamiento físico, y es comúnmente usado en SAN ("Storage Area Network" Red de área de almacenamiento). Los recursos de almacenamiento físicos son agregados al "storage pool" (almacén de almacenamiento), del cual es creado el almacenamiento lógico.

19

i)

Virtualización de Particionamiento

Es la división de un solo recurso (casi siempre grande), como en espacio de disco o ancho de banda de la red, en un número más pequeño y con recursos del mismo tipo que son más fáciles de utilizar. Esto es muchas veces llamado “zoning”, especialmente en almacenamiento de red. j)

Virtualización de Servidores

Es un sistema de virtualización de Servidores, que dependiendo de la función que esta deba de desempeñar en la organización, todas ellas dependen del hardware y dispositivos físicos, pero casi siempre trabajan como modelos totalmente independientes de este. Cada una de ellas con sus propias CPU virtuales, tarjetas de red, discos etc. Lo cual podría especificarse como una compartición de recursos locales físicos entre varios dispositivos virtuales. k)

Hypervisor de Almacenamiento

Es un pack portátil de gestión centralizada, utilizado para mejorar el valor combinado de los sistemas de disco de almacenamiento múltiples, incluyendo los modelos diferentes e incompatibles, complementando sus capacidades individuales con el aprovisionamiento extendido, la réplica y la aceleración del rendimiento del servicio. Su completo conjunto de funciones de control y monitorización del almacenamiento, operan como una capa virtual trasparente entre los pools de disco consolidados para mejorar su disponibilidad, velocidad y utilización. l)

Virtualización de Red

Es el proceso de combinación de recursos de hardware y software de red, y la funcionalidad de la red en una sola, basada en software entidad administrativa. Generalizando consiste en la virtualización de la plataforma a menudo en combinado con la virtualización de los recursos. Se clasifican de la forma externa, la combinación de muchas redes, o partes de las redes, en una unidad virtual, o interno, proporcionando una funcionalidad similar a la red a los contenedores de software en un único sistema. m)

Virtualización de Aplicaciones

La virtualización de aplicaciones convierte las aplicaciones en servicios virtualizados con administración centralizada que nunca están instalados y por lo tanto no entran en conflictos con otras aplicaciones. Este tipo de virtualización al mismo tiempo facilita los procesos de actualización de aplicaciones corporativas, ya que basta con actualizar una vez la aplicación (en la fuente), para que todos los escritorios comiencen a utilizarla de forma inmediata, posterior a su publicación. La virtualización de aplicaciones difiere de otras modalidades de virtualización (máquinas, almacenamiento o red) en que no necesita grandes inversiones en hardware, personal o infraestructura básica.

Sistema Arduino.

Es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares.23 El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y puertos de entrada/salida. 4 Los microcontroladores más usados son el Atmega 168, Atmega 328, Atmega 1280, Atmega 8 por su sencillez y bajo coste que permiten el desarrollo de múltiples diseños. Por otro lado el software consiste en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje de programación Processing/Wiring y el cargador de arranque (boot loader) que corre en la placa.4 Desde octubre de 2012, Arduino se usa también con microcontroladoras CortexM3 de ARM de 32 bits 5 , que coexistirán con las más limitadas, pero también económicas AVR de 8 bits. ARM y AVR no son plataformas compatibles a nivel binario, pero se pueden programar con el mismo IDE de Arduino y hacerse programas que compilen sin cambios en las dos plataformas. Eso sí, las microcontroladoras CortexM3 usan 3.3V, a diferencia de la mayoría de las placas con AVR que usan mayoriamente 5V. Sin embargo ya anteriormente se lanzaron placas Arduino con Atmel AVR a 3.3V como la Arduino Fio y existen clónicos de Arduino Nano y Pro como Meduino en que se puede conmutar el voltaje.

Arduino se puede utilizar para desarrollar objetos interactivos autónomos o puede ser conectado a software del ordenador (por ejemplo: Macromedia Flash, Processing,Max/MSP, Pure Data). Las placas se pueden montar a mano o adquirirse. El entorno de desarrollo integrado libre se puede descargar gratuitamente.

Al ser open-hardware, tanto su diseño como su distribución son libre. Es decir, puede utilizarse libremente para el desarrollo de cualquier tipo de proyecto sin haber adquirido ninguna licencia.

20

n)

Convertidor Analógico Digital ADAM

El ADAM-4520I (RS-232 a RS-422/485 convertidor) está diseñado más robusto que los anteriores modelos que tienen una mayor explotación y de las temperaturas de almacenamiento, puede aceptar una mayor potencia de entrada, y tienen una excelente anti-ruido de diseño. Por otra parte, proporcionar aislamiento ssignal (3000VDC) la protección y aumento de potencia (50V) de protección.

Estos industrial-grado características robustas y garantizar un funcionamiento fiable en el duro entorno de aplicaciones. o)

LM317

El LM317 es un regulador de tensión ajustable de tres terminales, capaz de suministrar en condiciones normales 1.5 A, en un rango que va desde 1,2 hasta 37 Voltios. Es uno de los primeros reguladores ajustables de la historia; el primero que salió fue el LM117, y más tarde el LM137 el cual tenía una salida negativa; después le siguió el LM317 siendo notablemente popular DM74LS245 3-STATE Octal Bus Transceiver p)

Descripción General

Estos octal bus transceivers están diseñado para a sincronizar comunicación la comunicación bilateral entre data buses. La implementación de la función de control minimiza los requerimientos de tiempo externo El aparato permite la transmisión de data desde el bus A al Bus B o desde el bus B hasta el Bus A B dependiendo del nivel lógico del control de dirección del (DIR) input. The enable input (G) para deshabilitar el aparato para lograr que los buses sean isolados efectivamente.

Arquitectura Harvard

14) Sentido de Giro La configuración más habitual en este tipo de circuitos es mediante Transistores BJT, puesto que sus tiempos de vida y frecuencias de conmutación son mucho más altos; una versión mejorada para esta aplicación es el uso de Transistores MOSFET, ya que permiten el control de uno o más motores en un solo encapsulado y mejorar la eficiencia de consumo del puente.

Definiciones de términos básicos

Bit: Un bit es un dígito del sistema de numeración binario.

Analógico: Se aplica al aparato o instrumento de medición que representa las variaciones o cambios de cualquier fenómeno físico, como el sonido, el peso o la luz, mediante variaciones equivalentes o análogas de un indicador físico.

Robots: es una entidad virtual o mecánica artificial. En la práctica, esto es por lo general un sistema electromecánico que, por su apariencia o sus movimientos Puente H: Es un circuito electrónico que permite a un motor eléctrico DC girar en ambos sentidos, avance y retroceso. Son ampliamente usados en robótica.

Digital: Es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango.

Integrado: Es una pastilla pequeña de material semiconductor, de algunos milímetros cuadrados de área, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos.

Datos: Es una representación simbólica (numérica, alfabética, algorítmica etc.), un atributo o una característica de una entidad.

Voltaje: es una magnitud física que impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuito eléctrico cerrado, provocando el flujo de una corriente eléctrica.

Amperímetro: es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico.

Relé: Es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.

21

CAPÍTULO III

MARCO METODOLÓGICO

Naturaleza de la Investigación

Desde una perspectiva general, el aspecto más relevante para llegar a cabo un estudio es la parte metodológica, debido a que los métodos son considerados como la combinación consecuente de instrucciones que sirven de guía para alcanzar el resultado deseado.

De allí, que Arias (2004), señala que “la metodología ese el tipo o tipos de investigación, es el cómo se realizará el estudio para responder al problema planteado”. (p.98) En atención a las características del estudio planteado, la modalidad de investigación pertinente a los objetivos del mismo en el proyecto factible, que según el manual de trabajo especial de grado de la Universidad Fermín Toro (2010), “consiste en la propuesta de un modelo funcional o variable de una solución a un problema de tipo práctico, con el objetivo de satisfacer necesidades de un ente específico. En este sentido, el presente estudio es considerado como una investigación de campo, pues según Ramírez (1999).”Es aquella a través de la cual se estudian los fenómenos sociales en un ambiente natural”. (p.76). Este estudio se caracteriza en alcanzar o tomar los datos directamente del lugar donde suceden los acontecimientos, beneficiando al investigador por cuanto le ofrece la posibilidad de contribuir a sus necesidades inmediatas, pudiendo así realizar las revisiones o modificaciones pertinentes, cerciorándose de sus verdaderas condiciones. Es decir la recolección de información se realizará en el Brazo Robótico para el control del peso en el empacado de 50 kg de azúcar para un Central Azucarero Río Turbio, Barquisimeto Edo Lara. Por lo cual dicha información recopilada será objetiva y confiable, a fin de presentar recomendaciones acorde con las necesidades del equipo.

Diseño e Investigación

La presente investigación se apoya en un diseño no experimental, que según Hernández (2003), consiste. En que “la investigación se realizará sin manipular deliberadamente las variables, lo que se hace es observar los fenómenos tal y como se dan en el contexto natural después de analizarlos” se infiere del concepto anterior, y de acuerdo a los objetivos específicos de la investigación que fundamenta la investigación en este diseño por cuanto se contempla la situación dada y se procede a detallar los hechos tal y como se presentan en su contexto natural.

Fases de la Investigación

15) Fase I: Diagnostico Para el diagnóstico de esta investigación se realizará una investigación bibliográfica de diversos autores los cuales fueron seleccionados para la sustentación teórica de la investigación, igualmente se realizaron un estudio de campo y se hizo una visita al Central azucarero, el cual indicara que el estudio se realiza para determinara las causas y consecuencias que origina el fenómeno.

Además permitirá diagnosticar la necesidad de construir un Brazo Robótico para el control del peso en el empacado de 50 kg de azúcar para un Central Azucarero Río Turbio, Barquisimeto Edo Lara.

16) Fase II: Factibilidad A través de los resultados obtenidos en la fase I, se fundamente y determina la factibilidad técnica y económica del proyecto. a)

Factibi1lidad Técnica

Desde el punto de vista técnico, el sistema es factible ya que se encuentra ubicado dentro de un proyecto de investigación cuyas estrategias y técnicas se encuentran enmarcadas en la electrónica experimental y práctica, para la búsqueda de soluciones específicas, utilizando procedimientos de investigación bibliográfica, documentales y experimentales. Los recursos técnicos necesarios para la elaboración de este proyecto, se encuentra disponible en el mercado regional haciendo de esta forma más accesible la obtención de los componentes del sistema (bien sea de hardware o de software), así como la adquisición de los mismos en cualquier momento. Para el desarrollo del software propuesto, se usaran diferentes herramientas, entre las cuales tenemos: Microsoft Visual Basic 6.0 para diseñar y programar la interfaz de usuario, este software es de fácil adquisición.

Se cuenta también con la información técnica a través de libros especializados, manuales operativos y hojas de especificaciones técnicas de componentes electrónicos, que conforman una guía viable para el mantenimiento y reparación del equipo, adicionalmente se tiene el recurso humano. Por otro lado, es importante contar con el conocimiento suficiente en el manejo de microcontroladores, así 22

como el dominio de los lenguajes de programación de bajo y alto nivel utilizados, igualmente, conocimientos de electrónica tanto analógica como digital.

b)

Factibilidad Económica

Desde el punto de vista económico, se confirmó aparte de la disponibilidad en el mercado de los componentes y materiales requeridos y básicos para el diseño y construcción del proyecto, los costos de los mismos son relativamente accesibles y fueron estudiados por medios de cotizaciones solicitadas a distribuidoras locales

III. CUADRO .1 Costos de materiales por parte de aliexpress.com Costo de prototipo PRECIO

COMPONENTES CANTIDAD

Arduino R3 ADAM(convertidor analógico Digital) 74ls245 Lm317 Motor 5v Relé 12 A, 120V Servo Motor

UNITARIO

1 1

1450Bs 2925.6Bs

1 1

3

21.39Bs

Mano de obra

21.39BS 7Bs

180Bs

180Bs

300BS

4

1450Bs 2925.6Bs

7Bs

1

TOTA

900BS

150Bs

600Bs

7000Bs

TOTAL 13.083,89Bs

IV. CUADRO .2 Costos de materiales por parte de aliexpress.com Costo de Real

COMPONENTES Costo de un Brazo Sistema Scada

CANTIDAD

PRECIO

1

30000$

1

1500$

23

Controlador del Brazo

1

10000$

Celda pesaje romana

1

2000$

100kg

Costo de ingeniería sin infraestructura

6000$

TOTAL 50000$

Desde el punto de vista social se beneficiarán todos los consumidores directos de producto ya que estarían adquiriendo un producto de mayor calidad y con menos costo.

A. Fase III: Diseño de la Investigación En esta fase, luego de detectar las necesidades sentidas por el Brazo Robótico para el control de peso en el empacado de 50 kilos y tomando en consideración cada uno de los aspectos señalados, se realiza la propuesta de crear un Brazo Robótico para el control del peso en el empacado de 50 kg de azúcar para un Central Azucarero Río Turbio, Barquisimeto Edo Lara. Se trata de un hardware basado en diferentes elementos o componente que lleva casi toda la operación ya que es la que controla todos los motores del brazo robótico, a través del Hardware y Software propios del sistema.

Objetivos del Diseño Objetivos General Diseñar un Brazo Robótico para el control del peso en el empacado de 50 kg

B. Objetivos Específicos del Diseño

a) Elaborar el diseño y construcción del Módulo de Comunicación mediante protocolo USB b) Realizar el diseño y construcción del Módulo de Potencia. c) Diseñar y construir el Modulo de principal con tecnología PIC 18F4550. d) Implementación de los módulos previamente diseñados. e) Virtualizar la aplicación Level-4 perteneciente al Brazo Robótico en otros entornos operativos. f) Estudiar el comportamiento electrónico-mecánico del Brazo robótico con el Controlador. g) Demostrar de forma experimental cómo se controla un brazo robótico mediante una interface de comunicación USB, y qué

utilidad

puede 24

tener

su

aplicación.

CAPITULO IV ANALISIS DE LOS RESULTADOS Descripción del Sistema

La presente investigación está enmarcada dentro de la modalidad proyecto factible, caracterizando los procesos manual de los trabajadores de dicha fabrica y diagnosticando las prevenciones de salud e higiene tanto del trabajador como del consumidor. Para identificar los procesos necesarios para realizar esta automatización, se realizó una visita a la fábrica para verificar el movimiento y funcionamiento de las máquinas para así poder detectar la necesidad que se adquiere realizar, la higiene en este caso es importante ya que el trabajador tiene contacto directamente con el producto del consumidor para eliminar la azúcar sobrante del saco donde se empaca, se realizara una solución con un brazo robótico que quitara el exceso de azúcar y así el trabajador no tendrá necesidad de tocarla con sus manos para poder quitarla.

Módulo de Control

Este módulo se encarga de monitorear el proceso del sistema, controla las entradas y salidas del mismo mediante el uso de la placa Arduino, formado por un microcontrolador ATMEL Atmega328P que envía la señal para activar el motor base, los servomotores para el movimiento de las articulaciones del brazo, la captura de señal de reporte de variación de peso de carga: todo esto permite el engranaje exacto de los componentes y el buen funcionamiento del sistema.

El integrado MAX485 posee tres líneas de conexión aparte de la alimentación (rx, tx, request to send) van conectado a la placa Arduino los pines digitales 3, 4 y 5.

Los servomotores de full rotación 360 grados van conectados a los pines digitales 6, 7, 8 y 9 (manejando cada servo por modulación de ancho de pulso), por ultimo está conectado el motor de corriente continua ubicado en la base en los pines 10 y 11.

Ver el diagrama de conexiones de la figura 6.

25

Figura 6 Figura 6 Diagrama de Conexión del Módulo de Control Módulo de Medición de Peso Mediante este módulo el sistema podrá obtener el peso en tiempo real de la carga evaluada, este está primeramente formado por una celda de pesaje de 0 a 10kg, esta genera una señal de voltaje por el orden de los milivoltios; la salida de esta celda es conectada directamente a un transmisor de tipo ADAM 4018, el cual realiza la conversión de analógico al digital con una resolución de 10 bits, ya lineal izada, el ADAM emite su resultado mediante la norma de comunicación RS-485, por lo que se conectó a un integrado de tipo MAX485 para la comunicación con el microcontrolador, por los pines de comunicación 3 y 5 (RX y TX) respectivamente, con un bit de control de flujo conectado al pin 4, este bits de control de flujo es puesto en estado bajo para la lectura de datos desde el transmisor y en alto para escribir en él. Ver figura 7. Con el fin de monitorear constantemente la carga se ha dispuesto el control de este módulo con la placa arduino la cual podrá interactuar continuamente con el transmisor.

Figura 7 Diagrama de Conexión del Módulo de Medición de Peso Módulo de Control de Motores 26

Los servomotores se conectan directamente a la alimentación (5v y tierra) de la fuente de poder de 24v ya que estos consumen mucha energía y esta se la otorga. El manejo de los servos es mediante modulación de ancho de pulso o también conocido como pwm estableciendo un ciclo de trabajo del 100%. Se conecta el motor de la base por medio de un puente H, construido con relés para manipular cargas de hasta 10 amp, siendo este el encargado de intercambiar la polaridad de alimentación del motor para cambiar su sentido de giro. La señal de activación de este motor DC, es estabilizada en corriente y satura un par de transistores causando con ello la activación de un relé correspondiente a cada sentido de giro. El diagrama circuital del módulo se muestra en la figura 8.

Figura 8 Diagrama de Conexión del Módulo de Control de Motores

Módulo de Alimentación Está constituido por una fuente de poder conectado a la red eléctrica con sus respectivas salidas de 24, 12,5 voltios, tierra y suministra la corriente necesaria que requiere cada de uno de los componentes para su excelente funcionamiento. Los servomotores que van en los ejes del brazo mecánico y transistores son energizados con 5v de la fuente de poder al igual que uno de los terminales de los relés, el módulo de adquisición de datos ADAM es energizado con 12v, el motor ubicado en la base del brazo es encendido con 24v al igual que los otro terminales de los relés. La placa arduino es alimentada mediante los terminales de 5v y gnd de la fuente de poder que van conectados a un jack hembra de 2.1mm, le da vida al integrado MAX-485 y a la celda de pesaje. El diagrama de conexión del módulo de alimentación se aprecia en la figura 9.

27

Figura 9 Diagrama de Conexión del Módulo de Alimentación Programación del Arduino La placa Arduino es un hardware libre que posee su propio entorno de programación basado en el lenguaje C/C++, primero y principal se definen las librerías a usar en este sistema que dentro de ellas incluyen ciertas operaciones necesarias para el manejo del sistema, cada motor es una variable así como cada pin del MAX485, se asigna el valor a estos pines y se definen como entradas o salidas, inicializa puertos y se configura la velocidad de transmisión de los datos entre los componentes y la placa Arduino. Se establecen los parámetros de configuración necesarios para enviar la señal de activación para q el sistema comienza a funciona, se detenga o llegue a su punto inicial.

Diagrama de flujo

28

CAPITULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones

Una vez levantada la información, evaluado la factibilidad de la propuesta y construyendo el diseño; se concluye: 1. El microcontrolador ATMEGA328 cumple con las necesidades que requiere un sistema.

29

2. El diseño y construcción del sistema es una solución factible porque sus componentes pueden ser de fácil adquisición en el país.

3. Contribuye de forma directa con el desarrollo y crecimiento tecnológico.

4. Demuestra que es posible desarrollar sistema en los que la tecnología es la herramienta principal, a menor costo y de alta calidad.

5. Queda demostrado que puede aplicarse la robótica en cualquier entorno.

6. El protocolo RS-485 se adapta perfectamente a aplicaciones donde intervienen equipos industriales de automatización como lo es el ADAM4018.

Recomendaciones

Tomando en cuenta el desarrollo del sistema y de acuerdo a los objetivos logrados se realizan las recomendaciones que complementarán está propuesta: 1. Agregar al sistema un computador con el fin de monitorear el proceso. Incluir un software de alto nivel que registre el peso y las variaciones del mismo incluyendo módulos de control de inventario.

2. Aumentar el alcance del sistema ampliando el número de bandas de suministro y robots de supervisión.

3. Agregar al sistema módulos que comunicación inalámbricos que permitan su manejo y supervisión desde un computador

30

REFERENCIAS BIBLIOGRĂ FICAS

http://arduino.cc/es/Guide/Introduction

http://es.wikipedia.org/wiki/Arduino

http://es.wikipedia.org/wiki/Brazo_rob%C3%B3tico

http://es.wikipedia.org/wiki/Celda_de_carga

http://es.wikipedia.org/wiki/Servomotor http://www.bumeran.com.ve/perfiles/empresa_central-azucareroportuguesa_349900.html http://www.directindustry.es/prod/fracmo/motores-electricos-dc-con-imanespermanentes-39638-687911.html http://www.google.co.ve/?gws_rd=cr#bav=on.2,or.r_qf.&fp=33e5014e1a15d9e&q=b razo+robotico http://www.google.co.ve/search?q=central+azucarero+portuguesa&revid=192564639 3&sa=X&ei=YwoAUtyZI4nS9gTT6YGIDw&ved=0CCkQ4QIoAA&bav=on.2 ,or.r_qf.&bvm=pv.xjs.s.en_US.seW1cfrvSKg.O&ech=1&psi=9QkAUoeIL8ify QGovIGIBw.1375734378818.5&emsg=NCSR&noj=1&ei=ZgoAUvfkCYzc8w SCn4HYBg http://www.monografias.com/trabajos60/servo-motores/servo-motores.shtml http://www.slideshare.net/joviwap/introduccin-a-arduino http://www.viaindustrial.com.ve/subbusqueda.asp?subbusqueda=%20Celdas%20de% 20carga

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UNIVERSIDAD FERMÌN TORO VICERECTORADO ACADEMICO DECANATO DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERIA EN MANTENIMIENTO MECÁNICO

DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN PROTOTIPO DE CHASIS TIPO FÓRMULA SAE, PARA LA UNIVERSIDAD FERMÍN TORO

Autor: Br. Galaor Buoli Tutor: Ing. Luis Rodriguez

CABUDARE, AGOSTO DEL 2013

32

ÍNDICE GENERAL

DEDICATORIA………………………………………………………………. iii AGRADECIMIENTO……………………………………………………...... iv ÍNDICE GENERAL………………………………………………………… ............................... 33 LISTA DE CUADROS Y FIGURAS……………………………………… ................. 34 RESUMEN…………………………………………………………………… ............... 36

INTRODUCCION………………………………………………………………… 1 JUSTIFICACION…………………………………………………………............. 5 DESCRIPCION DEL PRODUCTO…………………………………..…………. 7 Antecedentes de la Investigación……………………………………………. 7 Bases Teóricas………….…………………………………………………… 10 C. CARACTERISTICAS DEL CHASIS………….………………………………... 41 Características de los Materiales Para la Construcción del Chasis…………... 41 Fines que se Destinan los Bienes y Servicios………………………………... 45 Consumidores su Modo de Uso y Vida Útil del Chasis……………………... 45 D. PROCEDIMIENTO UTILIZADO PARA LA PRODUCCION……………..... 47 Técnica Utilizada……………………………………………………………. 47 Componentes Usados para el Diseño del Chasis……………………………. 48 MODELIZACION DEL CHASIS….................................................................... 53 Características del Chasis……………………………………………………. 53 Modelización de la parte Frontal…………………………………………..... 54 Modelización del Vuelque del Monoplaza....................................................... 58 Modelización del Ensayo de Torsión…………………………………........... 61 .

PROCESO DE FABRICACION………………………………………................ 70 Método de Corte y Preparación de los Tubos………………………….…….. 70 Método de Soldadura……………………………………………………........ 72 Costos de Fabricación……………………………………………................... 76 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES………………............................ 77 33

Conclusiones…………………………………………… ………………........ 77 Recomendaciones…………………………….……………………………… 78 CRONOGRAMA DE TRABAJO……………………………………………….. 80 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS........................................................... 81 E. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS……………..……………………………. 82 ANEXOS………………………………………………..……………..…………... 83

V. LISTA DE CUADROS Y FIGURAS

CUADRO

P.

1.

Espesores de Acero en Protecciones

2.

Espesores Alternativos de Acero

3.

Perfiles de los tubos Seleccionados Diámetro x Espesor

53

4.

Tabla comparativa de Rigidez Torsional

68

5.

Costos de Fabricación

76

19 20

FIGURAS

P.

1. Chasis de Fibra de Carbono del Porsche Carrera GT

12

2. Monocasco de Fibra de Carbono de un Fórmula 1

13

3. Chasis Tubular de Fsae

15

4. Representación del Piloto

18

5. Croquis de Disposición de los Arcos de Seguridad

21

6. Estructura de Seguridad Lateral

25

7. Representación de la Flexión del Chasis.

32

8. Dobladora de Rodillos

35 9. Croquis de la Distancia Ent re Ejes

49

10. Croquis Completo del Chasis

50 34

11. Creación de los Perfiles Tubulares

51

12. Chasis con Todos los Perfiles Completados

51

13. Distancia Máxima de Deformación

56

14. Aplicación de Sujeciones y Cargas

57

15. Chasis ya Simulado

57

16. Distancia Máxima de Desplazamiento de los Arco

59

17. Aplicación de Sujeciones y Carga a los Arcos

60

18. Resultados de la Simulación de los Arcos

60

19. Colocación de Fijaciones y Cargas en el Chasis para la Torsión

62

20. Simulación de Torsión (esfuerzos)

63

21. Simulación de Torsión (Desplazamientos URES)

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22. Desplazamiento en el Eje Y

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23. Representación del Factor de Seguridad

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24. Corte con Tronzadora

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25. Preparación de los Perfiles

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26. Tabla de Propiedades de Electrodos

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27. Propiedades de la Soldadura por Filete

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UNIVERSIDAD FERMÍN TORO VICERRECTORADO ACADÉMICO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE MANTENIMIENTO MECÁNICO

DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN PROTOTIPO DE CHASIS TIPO FÓRMULA SAE, PARA LA UNIVERSIDAD FERMÍN TORO

Autor: Br. Galaor Buoli Tutor: Ing. Luis Rodriguez Año: 2013

RESUMEN La finalidad de esta investigación es la de diseñar y construir un chasis tipo formula SAE, para la Universidad Fermín Toro el mismo se encuentra enfocado en la modalidad de proyecto de ingenio debido a que aporta la solución al problema del Grupo de Investigación de Formula SAE UFT en la construcción de un chasis para la competencia. Está apoyada en el Eje Rector: Hombre, Ciudad y Tamaño. La línea de investigación es “Diseño rediseño y optimización de sistemas productivos, máquinas, equipos y dispositivos que fomentan nuevas tecnologías, siguiendo las políticas de investigación de la Universidad Fermín Toro”. Las herramientas que se utilizaron para llevar a cabo este trabajo fueron las siguientes: la recolección de datos a través de las técnicas de observación directa, entrevista no estructurada y revisión bibliográfica. La investigación consta la conforma la introducción, justificación, descripción del producto, procedimientos utilizados para la producción y por último la modelización.

Descriptores: prototipo de Chasis, Diseño

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INTRODUCCIÒN

El diseño automotriz ha evolucionado de una manera exorbitante en los últimos años, donde hoy en día existen una diversidad de marcas y empresas que diseñan y fabrican automóviles para uso común, carga, transporte, finalidad militar y también un estilo muy particular de vehículos que engloban un género de deporte, como es el caso de los diferentes eventos o Fórmulas, las cuales buscan poner a prueba los diferentes diseños de autos y que estos cumplan los requerimientos pedidos en los circuitos establecidos. Estas exigencia ponen a prueba los componentes mecánicos, estructurales y dinámicos del vehículo y para ello usan una serie de cálculos basados en metodologías y teorías planteadas por diseño de elementos de máquina ya que los componentes y estructura de un vehículo tiene que soportar una variedad de cargas y esfuerzo, los cuales hay que calcular para poder elegir la mejor estrategia de diseño.

Entre estos eventos o competencia se encuentra la Fórmula S.A.E (Society Automotive Engineering, por su siglas en inglés) la cual se basa en el diseño y construcción de un carro monoplaza tipo Fórmula, donde este está sujeto a cumplir ciertos requisitos de una serie de normas con las cuales se llevara a cabo el diseño y construcción del prototipo y cada uno de sus componentes, donde la verificación por un jurado determinara su posterior aprobación para poder competir. Tales normas como la Sociedad Americana de soldadura (AWS), Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM) y la más importante de las normas y la cual regirá los estándares de diseño del monoplaza, es la norma S.A.E, ya que esta explica los requerimientos de cada uno de los Fórmulas, como son: el diseño del bólido, sistema de suspensión, chasis, protección del piloto a colisiones, performance, y otras características con las que deben de cumplir los monoplazas concursantes, cabe destacar que este evento es netamente universitario.

A lo largo de los últimos años se ha apreciado un aumento en la cantidad de participación de universidades donde en los últimos registros se contaron con la intervención de más de ciento cuarenta (140) universidades de países como: Estados Unidos, Canadá, Inglaterra, Corea, Puerto Rico, México, y algunas pocas en Latinoamérica donde Venezuela ha participado en los últimos doce (12) años, siendo representada por la Universidad Simón

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Bolívar (U.S.B.). La competencia de la Fórmula SAE consiste en varias pruebas, donde se evalúa el diseño, la ingeniería aplicada para la construcción y el desempeño del carro en la pista. Las pruebas permiten medir la aceleración, la capacidad de frenado, el nivel de ruido, el peso del carro, el consumo de gasolina, entre otros aspectos, los cuales son evaluados y punteados por separado y la institución que obtenga la mayor cantidad de puntos acumulados es la ganadora, en donde no solo gana beneficios económicos, sino mejor aún, eleva el prestigio tanto nacional como internacional de la universidad. La Universidad Fermín Toro (U.F.T) actualmente formo un grupo de investigación con el fin de construir un prototipo de Fórmula SAE, para unirse a esta competencia, con la ayuda de la iniciativa de los mismos estudiantes, tutoriados por docentes capacitados y apoyados por la misma institución.

Actualmente posee diferentes propuestas de alguno de los componentes del Fórmula, tales como sistema de frenos suspensión, matriz de ensamblaje y otros equipos que sirven para la construcción de este, pero hasta ahora no se ha concretado y construido ninguno de los diseños propuestos.

En este momento la competencia Fórmula SAE ha llamado la atención de muchas instituciones universitarias a nivel mundial, ya que como se dijo anteriormente es una competencia donde las universidades se hacen reconocer mundialmente. Esto ha hecho que se formen grupos multidisciplinarios en las instituciones para lograr la construcción del prototipo y así poder competir en los circuitos de Fórmula SAE. Como es el caso de la Universidad Pontificia de Comillas MadridEspaña la cual posee hace diez (10) años un grupo disciplinario encargado en desarrollar el prototipo tipo Fórmula SAE. Así mismo un grupo de estudiantes de distintas facultades de la Universidad Central de Venezuela (UCV), han logrado sus objetivos en diseñar y construir y competir en los eventos de Fórmula SAE, actualmente en el estado Lara la Universidad Politécnica Experimental Antonio José de Sucre (UNEXPO) también formó un grupo multidisciplinario encargado en el desarrollo de un prototipo, aunque no han alcanzado la construcción de un Fórmula SAE, si lograron desarrollar un Baja SAE él cual es un vehículo rustico.

Ante la situación planteada nace la necesidad del grupo de investigación, empezar a desarrollar los diferentes componentes del prototipo Fórmula SAE, como los son: el sistema de frenos, suspensión, transmisión, chasis y aerodinámica. Donde en busca de diferentes propuestas surge la idea de realizar la presente investigación, la cual está destinada a elaborar el diseño y construcción de un chasis, siendo

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este el elemento más importante del prototipo, ya que es el esqueleto del auto donde los demás componentes se acoplan. Para dar por concluido lo expuesto anterior se puede decir: que el impacto de la presente investigación radica en la necesidad que tiene el grupo de innovar un chasis que sea: moderno, liviano, que cumpla con todos los requerimientos de cálculos de diseño y que se acople a las normas de Fórmula SAE.

JUSTIFICACIÓN

En la actualidad, a nivel mundial las universidades buscan una forma de competir unas con otras para demostrar las habilidades que poseen los estudiantes que están siendo formados académicamente bajo su casa de estudio, por ello existen competencias como la Fórmula SAE, que coloca como objetivo desarrollar y construir un prototipo de automóvil el cual está sujeto a normas establecidas por dicha competencia y posteriormente competir en varias pruebas para verificar que prototipo es más eficiente en pista. Esta casa de estudio está iniciando el proyecto Fórmula SAE UFT, en el cual la universidad está decidida en ser parte de esta maravillosa competencia, por ello surge la importancia de crear varias propuestas de los diferentes componentes del vehículo y así nace la idea de diseñar y construir el chasis del monoplaza, ya que este es el elemento primordial del prototipo. El chasis se asemeja al esqueleto del auto y es el que soporta todos los pesos y cargas generadas por el auto y además de ser la protección del piloto si ocurre algún choque, por ello su diseño tiene que ser meticuloso.

Se quiere innovar un chasis que cumpla con las restricciones establecidas por la norma SAE, pero que sea innovador, liviano y que soporte todas las cargas ejercidas en pista. Para ello se usarán software especializados en diseño de ingeniería ya que son una herramienta poderosa en donde no hay que construir un prototipo para verificar si este soporta los esfuerzos calculados sino que se simulan en el software elegido y este arroja todos los datos necesarios para saber si hay que modificar las dimensiones o si el diseño del chasis realizado es óptimo. La realización de este proyecto es el primer paso para construir el primer monoplaza de la universidad Fermín Toro para así llevar nuestra casa de estudio a los niveles más altos de competencias interuniversitarias del mundo.

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DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO En este espacio se describe el contexto teórico y las características del producto. El contexto teórico está constituido por los antecedentes de la investigación y las teorías usadas para el desarrollo de la misma. Las características del producto se refiere a las bondades del producto y todas sus particularidades, se indican los, fines, modo de uso, vida útil entre otros aspectos.

Antecedentes de la Investigación

Para realizar la presente investigación se optó

por la recopilación de información técnica y

metodológica de diferentes autores, que han investigado el tema y otros que aportan información o tienen alguna relación. Donde se destacan los siguientes: Álvarez, A (2012) presento un proyecto como requisito para optar el título de Ingeniero Mecánico de la Universidad Carlos III de Madrid, ubicada en Madrid, España, y el cual tiene como título. Diseño de chasis para vehículo Formula SAE. Esta investigación tiene como objetivo diseñar un chasis para un vehículo monoplaza perteneciente a una competición internacional entre universidades de ingeniería, la Fórmula SAE, bajo las premisas marcadas por la normativa de la organización. Ésta propone medidas que garantizan la seguridad del piloto imponiendo unas cotas mínimas para disposición de los tubos y sus espesores. Este trabajo aporta a la investigación una guía tanto de diseño como metodológica para tener un modelo más claro a seguir y así poder llegar a los resultados deseados.

A su vez también se encuentra el trabajo de grado de Hidalgo, C (2006) el cual presento un proyecto como requisito para optar el título de ingeniero industrial de la Universidad Católica Andrés Bellos ubicada en Caracas, estado Distrito Capital. Venezuela, y cual lleva el título de. Plan de negocio para la fabricación de vehículos recreacionales todo terreno. Tiene como objetivo el desarrollo económico y en la mejor selección de materiales y procesos de fabricación para la construcción de chasis tubulares para vehículos todo terreno. Donde el estudio de Hidalgo aporta un factor muy importante el cual es la selección de materiales para el diseño del prototipo donde también es una guía básica para determinar el costo del prototipo Formula SAE a diseñar.

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De igual menara se encuentra el proyecto de Romero, J (2008) presentado como requisito para optar al título de Ingeniero Mecánico de la Universidad Simón Bolívar ubicada en Caracas, estado Distrito Capital. Venezuela, titulada Diseño y Construcción de un Prototipo de Amortiguador para un vehículo Formula SAE. El cual tiene como objetivo diseñar y construir un prototipo de amortiguador que se adapte a las necesidades de un vehículo formula SAE en cuanto a su desempeño, ajustabilidad, confiabilidad, costo y peso. Se extraerá el modelo de suspensión seleccionado en esta investigación para tener una referencia del peso, ya que este es fundamental para colocar la distribución de las masas en conjunto con la del piloto, la del motor, batería y el tanque de gasolina, las cuales influyen a la deformación por flexión en el chasis.

Así mismo está el proyecto de Pérez, J (2011) presentado como requisito para optar al título de Ingeniero Mecánico de la Universidad Nacional Experimental Politécnica Antonio José de Sucre (UNEXPO) ubicada en Barquisimeto estado Lara. Venezuela, la cual tiene el título. Procedimiento Para el Diseño de Vehículo Categoría Mini. El cual es un trabajo de campo y una investigación documental, cuyo objetivo es crear un procedimiento a seguir para el diseño de un vehículo categoría Mini Baja-SAE bajo las normas del año 2011. El proyecto tiene como finalidad implícita dar el poder para que los miembros más jóvenes del equipo SAE UNEXPO, puedan conocer todos los sistemas que componen un vehículo y un procedimiento a seguir para el diseño de los mismos. El proyecto se desarrolló en tres fases, las cuales serán: Fase I: Diagnóstico, Fase II Análisis de la información, Fase III: Elaboración del proyecto. Para el debido cumplimiento de los objetivos se requirió de un adecuado análisis del reglamento2011 para vehículos de la categoría Baja SAE. Donde este trabajo aportara una metodología a seguir para el desarrollo del proyecto y el análisis de la norma SAE como tal.

Por último se encuentra la investigación de Castellano, J (2009) el cual presento un proyecto para optar el título de Ingeniero en Mantenimiento Mecánico en la Universidad Fermín Toro, Facultad de Ingeniería. Cabudare estado Lara. Venezuela con el título de Diseño de un Sistema de Frenos para un Monoplaza Tipo Formula SAE. Donde según los lineamientos de Universidad Fermín Toro

la

investigación se en marca dentro del polo III: identidad y Multiculturalismo en un mundo globalizado, eje II de proyecto de elemento de maquina cuyo objetivo es proponer un sistema de frenos para un monoplaza tipo Formula SAE bajo lineamientos establecidos por la norma SAE que gobierna la

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competencia. Los aportes de este proyecto para la investigación que se está llevando acabo son de tipo metodológico ya que proporciona información generalizada sobre la norma Formula SAE y esta es fundamental para la elaboración de presente investigación.

Bases Teoricas

Pérez (2009) se refiere a las bases teóricas como: “conjunto actualizado de conceptos, definiciones, nociones, principios, que explican la teoría principal del tópico a investigar. Surgen de la revisión bibliográfica vinculada con el tema seleccionado” (p.65). En ese mismo sentido se puede expresar que las bases teóricas forman una aglomeración de teorías tanto elementales como primordiales para poder entender y aplicar los conceptos que acompañan la investigación.

Historia del Chasis El chasis es una estructura metálica completa o tubular, esta estructura es el esqueleto del auto y tiene la función de soportar todos los pesos de los componentes que conforman el automóvil, los esfuerzos producidos por las diferentes cargas que se ejercen y además de servir como protección a los pasajeros y pilotos. García (2009) describe en su tesis que el chasis es “El componente estructural del vehículo, sobre el cual están montados otros componentes importantes como son: Motor, Caja de cambios, sistema de dirección, sistema de suspensión y otros” (p.6).

En el comienzo de la industria del

automóvil con motores de combustión interna, el diseño de la estructura del chasis se consideraba un factor secundario, debido a las bajas potencias de los automóviles de la época. Poco a poco y con el desarrollo de motores más potentes, el estudio de la estructura principal de los autos toma una vital importancia en la evolución del automóvil. Este breve paso por la historia ayudará a entender la tendencia actual en el diseño de chasis y carrocerías tanto en los autos de serie como en los automóviles de competición. En mil novecientos diez (1910), tanto la estructura como carrocería de los coches de la época eran de madera, muy similares a los coches de caballos. A partir de esa fecha se comienza a trabajar con acero y aluminio en las estructuras de coches.

Es en estos años cuando se empieza a evolucionar buscando una mayor rigidez torsional del chasis. En mil novecientos treinta y cuatro (1934) Citroën es la primera marca que introduce el monocasco en un modelo fabricado en serie (Traction avant). Tras la Segunda Guerra Mundial y con una gran carencia

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de acero en Europa, se desarrollan aleaciones de aluminio y se aumenta su uso en los chasis de la época. En mil novecientos cincuenta y tres (1953) Chevrolet, saca al mercado su Corvette, con un chasis tubular y carrocería completa de fibra de vidrio. Durante los años sesenta, mientras que en Estados Unidos se seguía utilizando el chasis y montado sobre él la carrocería, en Europa se empieza a investigar sobre materiales compuestos, y cada vez más se busca un diseño integrado de carrocería y chasis. Con la crisis energética a finales de los sesenta, las compañías dirigen sus esfuerzos a la reducción de peso, llegando en algunos casos a rebajarlo en quinientos quilogramos (500 kg). En mil novecientos setenta y nueve (1979) Ford termina su primer vehículo fabricado totalmente en fibra de carbono. A partir de estos años el objetivo de las empresas es mejorar las ideas existentes para reducir peso, la meta ahora es reducir consumos y emisiones.

Tipos de Chasis en la Actualidad

El modelo de mayor implantación en la actualidad, es el que integra chasis y carrocería, el llamado monocasco. Puede encontrarse de distintos materiales, como acero, aluminio o materiales compuestos (Figura 1), dándose éstos últimos sólo en algunos coches de lujo debido a su alto coste y en coches de competición como los Fórmula 1. Sin duda el modelo más utilizado en la actualidad es el monocasco de acero.

Fuente: Calvo. A (2012)

Figura 1 Chasis de Fibra de Carbono del Porsche Carrera GT

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Otro tipo de chasis desarrollado en la actualidad, es el basado en la tecnología llamada Space Frame.

Este tipo de estudio se basa en una estructura teórica de enlaces infinitamente fuertes unidos en nodos libres para rotar. Es una estructura que hace la función de soportar y de aportar rigidez al vehículo, a la vez que protege a los ocupantes. La estructura forma un marco, en el que luego se fijan los paneles. Éstos tienen también una función activa en el soporte de las cargas del coche. Audi es una de las marcas que más ha desarrollado esta tecnología, fabricando muchos de sus modelos en aluminio, reduciendo en algunos casos el peso en un 40%, con las ventajas que eso conlleva de maniobrabilidad y consumo. Estos son dos ejemplos de chasis de uso común es decir para automóviles que se venden en el mercado para el uso de personas ordinarias.

El Chasis en los Automóviles de Competición Los chasis de competición son en su inmensa mayoría (siempre que el presupuesto y las normas lo permitan) monocascos de materiales compuestos. Éste es el caso de la Fórmula 1 (Figura 2) y de competiciones inferiores a ésta, pero similares en cuanto a diseño y funcionamiento del vehículo.

Fuente: Calvo. A (2009) Figura 2 Monocasco de Fibra de Carbono de un Fórmula 1 En la (Figura 2) se pueden observar las distintas capas de fibra de carbono, con un interior de aluminio que aporta rigidez. Si se observan competiciones de Rally o de Fórmulas con un nivel inferior se utilizan en muchos casos chasis convencionales, y se refuerzan con estructuras internas tubulares, con protecciones más resistentes para vuelco o colisiones, como es el caso de la competiciones de NASCAR donde el automóvil se encuentra reforzado por el interior con una jaula de tubos los cuales sirven de protección al piloto en caso de una colisión o volcamiento.

1) El Chasis en la Competencia Fórmula SAE En las competiciones de Fórmula SAE, se encuentran diversos tipos de chasis. Las universidades que disponen de un presupuesto alto y que cuentan con una experiencia de varios años en competición

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optan en algunos casos por el monocasco de fibra de carbono. De todos modos, este tipo de chasis tiene una participación minoritaria en los monoplazas de esta competición. Los equipos que tienen los recursos económicos y técnicos necesarios para fabricar este tipo de chasis tienen la ventaja de obtener una estructura muy resistente y con un comportamiento excelente en pista, ya que este tipo de estructuras ofrecen gran resistencia a torsión y su peso es menor que el de las estructuras de acero. Por otro lado las estructuras más comunes en la Fórmula SAE son las tubulares de acero (Figura 3) este tipo de estructuras ofrecen una buena respuesta a los esfuerzos aunque su principal inconveniente es el aumento del peso respecto a los anteriores con la ventaja de un coste mucho más reducido. En donde los espesores de tubo de algunas partes de la estructura vienen especificados por la normativa SAE, así como la geometría de las protecciones del piloto.

Fuente: García. A (2012) Figura 3 Chasis Tubular de Fsae Dentro de las estructuras de acero tubulares, la mayoría de ellas son soldadas aunque existe la posibilidad de optar por uniones atornilladas en ciertas partes del chasis, pero normalmente los equipos no utilizan este tipo de uniones. Otra posibilidad a tener en cuenta es la opción de incluir partes de aluminio en el chasis con la ventaja de la reducción de peso que esto supone, aunque con los inconvenientes de incurrir en otro coste al incluir un nuevo material tanto en los costes como en el

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diseño. Aunque la mayoría de los grupos se dedican al estudio de un chasis tubular en cuanto a la disposición y geometría de materiales, hay algunos equipos que han ido más allá utilizando tubos de secciones variadas tales como, cuadradas, circulares y en algunos casos chapas enfrentadas rellenas de ciertos materiales para conseguir siempre el mismo objetivo, mayor rigidez a torsión con el menor peso y coste posible. De esta forma se adquiere una idea general de hacía qué punto se enfocan los estudios de chasis en la Fórmula SAE y las posibilidades que se barajan en esta competición.

Restricciones que Afectan al Chasis en la Fórmula SAE

Como en toda competición, en la Fórmula SAE existen una serie de especificaciones que vienen dadas por parte de la organización para brindar a los participantes una guía básica de cómo deben de diseñar ciertos aspectos del fórmula para hacerlo seguro. También hay cargas que derivan de las diferentes pruebas a las que el vehículo va a ser sometido, y que deben de tenerse en cuenta a la hora de abordar el problema de diseño del chasis. Estas cargas serán transmitidas al chasis por medio de los apoyos en los que se fijan las distintas partes que forman el automóvil.

Especificaciones de la Organización SAE Aunque la competencia Fórmula SAE deja cierta libertad para que cada grupo diseñe y construya un prototipo original según sus propios criterios y habilidades aun así la organización SAE tiene unas series de restricciones o especificaciones que se darán a continuación:

a)

La distancia mínima entre ejes o batalla, será de mil quinientos veinticinco milímetros (1525

mm) (midiendo esa distancia desde el centro del contacto de la rueda delantera con el suelo, al centro del contacto de la rueda trasera con el suelo, con las ruedas delanteras rectas).

b)

La vía (distancia entre ruedas del mismo eje) del vehículo más pequeña, no ha de ser en

ningún caso inferior al setenta y cinco por ciento (75%) de la vía mayor.

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c)

La distancia al suelo de la parte inferior del chasis ha de ser la suficiente para no contactar en

ningún momento con la pista, o partes de ella (pianos…). Para ello se deberá tener en cuenta que las ruedas han de ser de un diámetro superior a doscientos tres coma dos milímetros (203.2 mm) (esta medida no tiene en cuenta el neumático).

d)

En la parte posterior del coche se debe facilitar un punto de enganche que debe soportar el

peso del vehículo. Debe estar orientado perpendicularmente a la línea longitudinal del vehículo, y debe ser horizontal. Debe ser de forma tubular de un diámetro de veinticinco coma cuatro milímetros (25.4 mm). La longitud debe ser mayor que trecientos milímetros (300 mm), y la altura mínima al suelo debe superar los setenta y cinco milímetros (75mm) medida desde la parte más baja del tubo de enganche.

Por otro lado los ciento ochenta grados (180º) inferiores del tubo deben de estar descubiertos a lo largo de una distancia mínima de doscientos ochenta milímetros (280 mm). Esto es necesario para la sujeción y remolque del vehículo por parte de los jueces o empleados de la pista en caso de ser necesario. En coordinación con la suspensión del vehículo, se debe tener en cuenta que a una altura de doscientos milímetros (200 mm) medida desde el suelo al punto más bajo del enganche, las ruedas en rebote completo no deben tocar el suelo.

e)

El diseño se realizará para que sea válido para el piloto más alto del equipo y para un hombre

elegido entre la población al azar en el noventa y cinco por cientos (95%) de los casos. La plantilla de este hombre en 2D viene dada por la norma de la organización SAE (Figura 4). Un círculo de trescientos milímetros (300 mm) representará la cabeza con el casco del piloto. Otro círculo de doscientos milímetros (200 mm) representará los hombros y las cervicales. Otro de doscientos milímetros (200 mm) es el que simulará las caderas. Una línea recta de cuatrocientos noventa milímetros (490 mm) unirá los centros de los dos círculos de doscientos milímetros (200 mm), y una línea recta de doscientos ochenta milímetros (280 mm) conectará los hombros con la cabeza y el casco.

Este modelo debe estar situado en la posición normal de conducción, con la espalda en el respaldo, y con la cabeza a veinticinco coma cuatro milímetros (25.4 mm) del acolchado posterior al casco.

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Fuente: Calvo. A (2019) Figura 4 B. Representación del Piloto 1) Espesores de Protección

Así mismo los espesores de protección están restringidos y donde la estructura principal del Fórmula ha de ser construida de acero bajo en carbono o aleado, en tubos (mínimo 0.1% de carbono), con las dimensiones especificadas en el cuadro 1.

Cuadro 1 Espesores de Acero en Protecciones

TEMA o APLICACION Arcos principal y frontal, arnés de hombre

DIMENSIÓN EXTERIOR POR ESPESOR DE LA PARED Soportes del Diámetro 1” (24.5mm) por 0.095 inch (2.4 mm) o diámetro de 25.0 mm x 2.50 mm metros

Estructura de impactos laterales. mampara frontal, tirantes de los arcos, sujeción de arnés de restricción del piloto, EV: estructura de protección de la batería

Redondos:1.0 inch (25.4 mm) x 0.065 inch (1.65 mm) o 25.0 mm x 1.75 mm, o 25.4 mm x 1.60 mm Cuadrados: 1.00 inch x 1.00 inch x 0.049 inch o 25.0 mm x 25.0 mm x 1.25 mm o 26.0 mm x 26.0 mm x 1.2 mm

Soportes del mamparo frontal.

Brazos del arco principal Componentes del sistema de tracción

Redondo: 1.0 inch (25.4 mm) x 0.049 inch (1.25 mm) o 25.0 mm x 1.5 mm o 26.0 mm x 1.2 mm

Fuente: Norma SAE (2013) El uso de aleaciones no permite utilizar un grosor de pared menor que el especificado para acero bajo en carbono. También podrán ser utilizados otros materiales bajo las siguientes condiciones:

a) Que la disposición de materiales alternativos adoptada tenga un E·I mayor o equivalente sobre el eje más débil.

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b) El grosor no podrá ser más fino. El tubo no podrá ser de un grosor más fino de lo especificado en el cuadro 1, el cuadro 2 y cuadro 3.

c) El arco principal y su apoyo deben estar hechos de acero.

Los tubos de aluminio deben ser tratados térmicamente y endurecidos tras la soldadura. El equipo deberá presentar en este caso un informe completo del proceso que se realizó a los materiales.

Cuadro 2 Espesores Alternativos de Acero

MATERIAL Y APLICACIÓN

Tubos de acero para el arco principal frontal y barra de montaje del arnés Tubos de aceros para los brazos de los arcos.

Para los soportes de los brazos de los arcos.

Estructura de impacto lateral.

Mamparo frontal.

Soportes del mamparo frontal.

Sujeción de arnés de restricción del piloto (excepto como se señaló anteriormente).

Protección de los acumuladores de alto voltaje.

Protección de los sistemas de tracción de alta tensión

Espesor mínimo de pared

2.0 mm (0.079 inch)

1.2 mm (0.047 inch)

Fuente: Norma SAE (2013) 2) Arcos de Seguridad

La estructura de protección del piloto consta entre otras partes de dos arcos de seguridad, uno frontal justo antes del volante de dirección, y el principal colocado detrás de la cabeza y espalda del piloto. La cabeza del conductor debe estar protegida del suelo en todo momento en caso de vuelco ya que esto sería fatal para el piloto por ello la Norma SAE se vuelve enfática en cuestiones de seguridad y protección. Por ello teniendo en cuenta el piloto más alto, o el modelo de piloto que se ha dado anteriormente, en ningún caso debe quedar una distancia menor a cincuenta coma ocho milímetros (50.8 mm) entre la parte superior del casco del piloto y la tangente a

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los dos arcos de seguridad (como se muestra en el croquis de la Figura 5.

Fuente: Norma S AE (2013) Figura 5

C. Croquis de Disposición de los Arcos de Seguridad

1) Restricciones del Arco Principal

a)

El arco principal debe estar construido de una sola pieza de acero de las características

(espesor y diámetro) especificadas para tubos de acero anteriormente.

b)

El arco principal debe prolongarse desde la parte más baja de un lado del chasis hasta la parte

más baja del otro lado.

c)

En una vista lateral del vehículo, la parte del arco principal que asoma por encima del punto de

unión de éste con el chasis ha de tener una inclinación menor de diez grados (10º) con la vertical.

d)

En una vista frontal del vehículo, los miembros verticales del arco principal de seguridad,

deben de estar al menos trecientos ochenta (380 mm) separados del lugar en el que el arco principal se une con el resto del chasis.

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2) Restricciones del Arco Frontal

a)

El arco frontal debe estar construido de acero de las mismas características dimensionales que

el arco principal.

b)

Por otro lado con un buen estudio, triangulación, y refuerzos, este arco no será

obligatoriamente de una pieza.

c)

El arco debe ir desde la parte más baja de un lado del chasis hasta la parte más baja del otro

lado.

d)

En ningún momento la parte más alta del arco frontal ha de ser más baja que la parte más alta

del volante (en cualquier posición de éste).

e)

En una vista lateral el arco frontal no podrá tener una inclinación mayor de 20º sobre la

vertical.

3) Restricciones de los Tirantes del Arco Principal

a) Deben ser construidos en acero de la sección antes mencionada en los dos arcos b) El arco principal debe ir reforzado con dos tirantes, hacia delante o hacia atrás, pero éstos no podrán estar al mismo lado al que se inclina (en caso de que se incline) el arco principal.

c) Los tirantes deben estar soldados a la parte más alta posible del arco principal, nunca en un lugar más bajo que 160 mm desde la parte superior del arco.

d) Los tirantes deben ser rectos.

4) Restricciones de los Tirantes del Arco Delantero

a)

Los tirantes del arco frontal deben ser de la misma sección que los del arco principal.

b)

Los tirantes han de proteger las piernas del conductor, por lo que deberán estar a ambos lados

y han de llegar hasta la estructura de protección de los pies del piloto.

c)

Han de ser soldados lo más cerca de la parte superior del arco posible, nunca más bajos de

cincuenta milímetros (50 mm) de la parte superior del arco.

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5) Restricciones del Plano Frontal Encargado de Proteger los Pies del Piloto

Estas son las principales restricciones impuestas por la Norma SAE para proteger los pies del piloto por si llega el caso de haber una colisión directa con el frente del automóvil, en donde las restricciones son:

a) Por delante del plano frontal debe de haber un atenuador de impacto que absorba de energía. b) El plano frontal debe estar construido con tubos de las mismas características geométricas que los usados para los arcos de seguridad.

c) Debe estar situado de tal forma que los pies del piloto (sin estar presionando los pedales) queden protegidos por él.

d) Como mínimo debe tener tirantes en la parte más alta (no más bajos de cincuenta milímetros (50mm) hacia el arco frontal, así como en la parte más baja.

e) Debe estar sujeto, nodo a nodo, triangulando, con al menos una diagonal por lado.

6) Restricciones para Protecciones de Impactos Laterales

Las protecciones laterales están ubicadas a los lados del piloto y estas sirven de protección en caso de un choque lateral donde la Norma SAE exige que se cumplan los siguientes puntos:

a)

La protección lateral está formada al menos por tres piezas tubulares de sección igual a la de

los arcos de seguridad.

b)

Con un piloto de setenta y siete kilogramos (77 kg) sentado en el coche, la pieza más alta de la

protección lateral, debe unir el arco frontal y el principal a una altura del suelo mayor de trescientos milímetros (300 mm) y menor de trescientos cincuenta milímetros (350 mm). En el caso de que hubiese otra pieza del chasis que cumpla estas características, podría ser utilizada como protección.

c)

La pieza inferior de la protección lateral, debe conectar la base del arco frontal con la base del

arco principal.

d)

Con la adecuada triangulación y estudio es posible construir las piezas con más de un tubo.

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e)

Se deberá poner una diagonal que complete la protección como muestra el croquis de la Figura

6.

Fuente: Norma SAE (2013) Figura 6 Estructura de Seguridad Lateral 7) Otras Consideraciones

Si algún tirante o tubo queda a la altura del cuello del conductor, se fijará una chapa o protección firmemente al chasis para evitar que el hombro del conductor pase por debajo del tubo y su cuello pueda contactar con él.

Cargas Ejercidas en la Competición

Aparte de la cantidad de restricciones impuestas por los organizadores, se deben tener en cuenta cargas muy importantes que derivan directamente de la competición. Una muy importante para el diseño del chasis, es que hay que tener en cuenta que en un plano inclinado lateralmente de 60º, y con el piloto más alto dentro del coche, el vehículo no podrá volcar. Otra carga importante será la fuerza lateral ejercida sobre el chasis, se debe tener en cuenta que hay una prueba en la que se mide precisamente la

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aceleración lateral que el vehículo es capaza de soportar sin perder el control. Estas aceleraciones rondan valores superiores a una fuerza de gravedad (1 g) (0.9 g valor mínimo para puntuar).

8) Cargas Ejercidas Sobre el Chasis y por Otras Partes del Vehículo El chasis es la estructura principal del vehículo y por lo tanto es la parte que tiene que soportar los esfuerzos que ejercen el resto de los componentes. Al analizar a fondo un chasis y su comportamiento real, hay que prestar atención a la serie de reacciones que en él se ejercen, en situaciones estáticas y en comportamiento dinámico en pista donde las principales cargas son de la suspensión y las masas que hay que considerar.

a)

Carga Ejercida por la Suspensión

Las ruedas, por medio de las suspensiones son unas de las principales cargas que tiene que soportar un chasis. Muchas veces estas cargas ejercen un par torsor en el chasis, y la rigidez de la estructura a esta torsión condicionará en gran parte el comportamiento del vehículo en la pista. Las suspensiones son un conjunto que se puede modelar por un sistema masamuelle-amortiguador. Las constantes del elemento elástico y del amortiguador serán las que determinen en parte las reacciones en la estructura, sus cargas y vibraciones. Para ello será necesario trabajar conjuntamente con los responsables de esta parte del vehículo para intentar alcanzar un buen resultado en conjunto. Siendo básico para el diseño del chasis conocer las constantes del citado muelle, amortiguador, de la masa no suspendida (al otro lado de la suspensión, ruedas, llantas), así como de la masa de los elementos de la suspensión. Ya que esto es clave para calcular los distintos esfuerzos en el chasis tubular al someterlo a distintas pruebas.

b)

Masas a Considerar para el Diseño del Chasis Fórmula SAE

Las masas que influyen directamente en el chasis hay que tenerlas muy en cuenta ya que estas van equilibrar el peso total del automóvil, donde en este capítulo se describirán y posteriormente se tomaran teniendo como referencia la masa de otros prototipos ya construidos por las diferentes instituciones que ya han participado en la competencia Fórmula SAE.

c)

Masa del Motor

El motor es una de las mayores masas en el vehículo. Por ello hay que tener en cuenta su peso, y las reacciones que esta masa pueda ejercer en el chasis cuando el vehículo entre en una curva, frene o acelere (se alcanzarán valores en curva cercanos a uno punto tres fuerza de gravedad (1.3g) laterales,

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uno punto dos fuerza de gravedad (1.2g) en frenada y cero punto siete fuerza de gravedad (0.7g) en la aceleración). Por otro lado el motor hace de elemento de unión en la estructura entre la parte posterior del piloto y el final del chasis, dónde va instalado el eje trasero, diferencial, y el punto de agarre exigido por la organización para una posible retirada del vehículo de la pista en caso de que quedase inmovilizado.

d)

Masa de la Batería

La masa de la batería tendrá un peso aproximado de nueve kilogramos (9 kg), e irá situada en la parte baja del arco de seguridad principal, justo detrás del asiento del piloto.

e)

Masa del Depósito de Combustible

Para estimar cuál es el máximo peso de combustible que el vehículo va a necesitar, se mide la cantidad de combustible necesaria en la prueba más larga y se realizar los cálculos con ese dato la colocación del tanque es libre teniendo siempre en cuenta la seguridad.

f)

Masa del Piloto

Los cálculos se realizarán con un piloto de setenta y cinco kilogramos (75 kg), aproximadamente donde esta supone la masa más importante del vehículo.

g)

Masa del Diferencial

Esta masa hay que tenerla en cuenta donde hay que hacer estudios y hacer comparaciones con otros prototipos para seleccionar el tipo de diferencial adecuado este estará situado en la parte posterior del vehículo por ello el estudio de la masa es de gran importancia.

Diseños de chasis Tubulares

Antes de comenzar a diseñar cualquier tipo de chasis hay que tener previsto que es lo que se quiere conseguir con el diseño final, para un carro tipo Formula SAE siempre se busca un diseño liviano con una buena rigidez torsional y de bajo costo de fabricación. Para conseguir estas cualidades hay que elegir los criterios de diseños más apropiados a la hora de hacer los cálculos para la elección de las secciones transversales de los tubos del chasis. En el caso del Formula SAE es un poco diferente ya que las secciones transversales están sujetas a la norma que proporciona la organización, y además que

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solo con cumplir las restricciones que se describen anteriormente, así los jueces solo con una inspección técnica del chasis comprueban que este cumple con la rigidez mínima para la competencia.

En una entrevista por correo que se le hizo al vicepresidente del equipo Fsae de la Universidad Central de Venezuela UCV Javier Hernández (2013) comenta que: “Las reglas generales técnicas son reglas que coloca la organización con ciertas restricciones sobre cómo se debe hacer el chasis tubular, si se cumple tal como la organización lo pide, esta asume que tu carro cumple con todas las condiciones de rigidez torsional, axial y a flexión, mínimas para proveer seguridad a un piloto y por ello no te piden ningún tipo de estudio de rigidez, ojo eso con las reglas generales”.

Aun sabiendo esto se le harán ciertas pruebas de resistencia al chasis mediante el software Solidworks con la finalidad de estar seguro de que el diseño final aguante los esfuerzos en la pista. Para ello se describirán dos criterios particulares, pero se enfocara en la simulación y el cálculo de un solo criterio el cual es el criterio de rigidez torsional, de igual forma se definirán los dos criterios más usados en diseño automotriz de chasis.

Criterios de Rigidez para la Fabricación del Chasis

Como se mencionaba anterior mente se describirán los dos criterios usados para el diseño de chasis, donde se puede estimar que la rigidez es una función lineal que se podría definir según la Fórmula:

Dónde K representa el parámetro de rigidez, P la fuerza ejercida y

el desplazamiento. En el mundo

del automóvil se emplea la rigidez a torsión, quedando la Fórmula como sigue:

Dónde:

K= rigidez torsional M= momento torsor Ö= grados de deformación

Es el caso más común y normalmente se utilizan las unidades de newton por metros entre el grado de deformación (N x mts/grado def), siendo lo más habitual expresar el par ejercido para un

57

grado (1º) de deformación. Es cierto que esta relación puede no ser lineal y variar dependiendo de la , pero en este caso

se considera pequeño, con lo que K se tomará simplemente como un parámetro

que mide el comportamiento del chasis, no como un valor que se pueda extrapolar a momentos o a mayores.

En un principio se podría pensar en estudiar dos tipos de rigidez en un chasis, la rigidez a flexión y la rigidez a torsión.

9) Rigidez Flexional

Este término se refiere a cuánto se deforma el chasis debido al peso de los diferentes elementos que conforman el vehículo. Aunque este realmente no es un problema a la hora de diseñar el chasis ya que al ser más restrictivas las condiciones de rigidez torsional, si se sobrepasan éstas, se superan también los requisitos de rigidez a flexión. Donde esto quiere decir que hay que hacer hincapié a la hora de calcular la rigidez torsional ya que esta influye directamente con la rigidez de flexión. El automóvil estará sometido a cargas que tenderán a deformar el chasis cuando el auto se apoya en las suspensiones como muestra la Figura 7, como se mencionó anteriormente solo se hará el cálculo de rigidez torsional ya que este es el verdaderamente significativo para el diseño final ya que la estructura estará sometida constantemente a esfuerzos de torsión, con respecto a la flexión solo se buscara colocar todos los pesos más equitativamente distribuidos.

Fuente: Calvo. A (2012) Figura 7 Representación de la Flexión del Chasis.

58

10) Rigidez Torsional Se refiere a cuánto se deforma un chasis debido a una carga asimétrica, por ejemplo, se da cuando una de las ruedas delanteras pasa por una irregularidad en la vía mientras que las demás no. Esta es la característica que se debe cuidar para poder validar un chasis en cuanto a rigidez. Según la competición a la que esté dirigida el vehículo diseñado, le corresponderá una rigidez torsional u otra. Esto depende del par torsor máximo al que pueda estar sometido. Este par torsor proviene del conjunto de las fuerzas de los amortiguadores. Se suele expresar en Newton por metros de par por grado de deformación (N x mts/ grado de deformación). En el caso de la Fórmula SAE los resultados de los equipos que llevan más tiempo en la competición se sitúan alrededor de los tres mil Newton por metros entre grado de deformación (3000 N x mts/ grado). Esto en promedio de 50 Kg de peso del chasis esta medida se toma al ejercer un par torsor en una de las suspensiones mientras que se fijan los desplazamientos de la otra. También hay elementos como el motor que le proporcionan más rigidez al chasis esto por ser un elemento solido unido al cuerpo del chasis.

Técnicas de Fabricación

En esta sección hace referencia a los métodos que se usaran para la construcción del chasis como son la técnica de curvado, el método de corte que se usara, los tipos de soldaduras más recomendados para la fabricación de chasis.

11) Curvado de Tubos

Alvares (2012) de fine que el “curvado se entiende como deformación plástica de piezas metálicas alrededor de un eje recto. Cuando se realizan simultáneamente dos curvados más, la operación se llama conformado” (p.111). Cuando se realiza este proceso pueden aparecer pliegues en la parte interna del material y reducirse el espesor de la parte externa. El material utilizado influye directamente en la formación de estos defectos para ello hay que elegir la mejor técnica de doblado.

a)

Parámetros del material que influyen en los defectos de este proceso

Estos son los parámetros principales que hay que tener en cuenta a la hora de realizar el doblado de tubos por rodillos para disminuir los defectos y deformaciones no deseadas en los tubos.

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a) Bajo límite elástico. b) Alta resistencia última del material. c) Considerable alargamiento en la rotura a tracción. b)

Factores Geométricos

A continuación se presentan los factores geométricos más importantes a considerar a la hora de realizar el doblado.

a) Espesor del perfil con respecto al diámetro del perfil de sección circular hueca. b) Relación del radio de curvado con respecto al diámetro del perfil (radio mínimo regulado por las normas SAE, radio de curvado mínimo, a tres veces (3) mayor que el diámetro exterior del tubo).

12) Técnicas de Curvado

Existen diferentes formas de curvar tubos tales como el curvado angular, curvado por tracción y compresión, curvado por ingletes y el curvado por rodillos (Figura 8), siendo esta última técnica la elegida para doblar los tubos ya que el grupo Formula SAE UFT posee una máquina para este fin. A continuación se describe el proceso por dobles con rodillos. a)

Doblez de los Tubos por Rodillo Giratorios

Es una de las técnicas más utilizadas por los fabricantes que necesitan curvar tubos. El radio de los rodillos depende del radio del perfil y para obtener el radio de curvatura se debe tener en cuenta la separación de los rodillos. Para conformado en frío, el límite mínimo de radio de curvatura es aproximadamente igual a cinco veces (5) el diámetro exterior del perfil Por lo tanto, si se quiere hacer una curvatura de radio tres veces (3) el diámetro exterior (límite mínimo de las normas SAE) habrá que pensar en utilizar este método sin ser en frío.

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Fuente: Alvarez A (2012) Figura 8

Dobladora de Rodillos

13) Métodos de Corte Se suelen utilizar dos métodos para el corte de perfiles tubulares, el corte por aserrado y el corte por soplete. Así mismo Calvo (2009) comenta que: El corte por aserrado presenta la ventaja de que es más barato y su ejecución es más sencilla. Con el corte por soplete se puede obtener un acabado mejor en la zona de corte, pero en este caso no es necesario porque al final siempre se tendrá que realizar una preparación de los extremos de los tubos para la soldadura (p.67) Se pueden utilizar distintas herramientas para el corte de los tubos de sección circular, siendo una de las más comunes la sierra circular, de avance hidráulico o manual.

Otras posibles herramientas de corte son la fresadora, la muela de rectificar o cortadoras de plasma. La elección para el proceso de fabricación dependerá sobre todo de la disponibilidad de herramientas y no tanto de las ventajas o inconvenientes de cada una donde posiblemente se optara por corte con tronzadora o con plasma.

14) Uniones Soldadas para la Fabricación de Un Chasis a)

Tipos de Soldaduras

A lo referente con la soldadura Calvo (2009) comenta que “la soldadura puede ser manual, con máquina semiautomática o completamente automática. Las dos primeras predominan en la unión de los perfiles tubulares. Donde la unión de perfiles

61

tubulares la técnica de soldadura más utilizada es la soldadura por arco” (p.71). Al igual que el corte se elijara el método de soldadura dependiendo de la disponibilidad de equipos que se encuentren en la fabricación del chasis de igual forma se definirán los tipos de soldadura más usadas en actualidad.

b)

Soldadura SMAW

La soldadura por electrodos revestidos, shield metal arc welding (SMAW) se caracteriza porque se produce un arco eléctrico entre la pieza a soldar y un electrodo metálico recubierto. Con el calor producido por el arco se funde el electrodo y se quema el revestimiento produciéndose la atmosfera para que tenga lugar la transferencia de las gotas de metal fundido desde el alma del electrodo hasta el baño de fusión en el metal base. La soldadura con electrodos revestidos es ampliamente usada en la fabricación de numerosos productos, desde grandes fabricaciones como barcos, locomotoras, automóviles o grandes depósitos. Ventajas de la Soldadura SMAW

a) Bajo costo b) Versatilidad en el mercado c) De fácil uso Desventajas de la Soldadura SMAW

a) Soldaduras con variedad de defectos c)

Soldadura TIG

Se caracteriza por el empleo de un electrodo permanente de tungsteno, aleado a veces con torio o zirconio en porcentajes no superiores a un 2%. Dada la elevada resistencia a la temperatura del tungsteno (funde a 3410 °C), acompañada de la protección del gas, la punta del electrodo apenas se desgasta tras un uso prolongado. Los gases más utilizados para la protección del arco en esta soldadura son el argón y el helio, o mezclas de ambos.

Las soldaduras hechas con sistema TIG son más fuertes, más resistentes a la corrosión y más dúctiles que las realizadas con electrodos convencionales. Cuando se necesita alta calidad y mayores requerimientos de terminación, es necesario utilizar el sistema TIG para lograr soldaduras homogéneas,

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de buena apariencia y con un acabado completamente liso. El libro de Joseph (2009) con el título Técnicas y práctica de la soldadura donde dice los beneficios de esta soldadura:

Puesto que el gas protector impide el contacto entre la atmosfera y el baño de fusión, la uniones obtenidas son más resistentes, mas dúctiles y menos sensibles a la corrosión, que las que se obtiene con la mayor parte de los procedimientos, otra ventaja de la soldadura por arco con protección gaseosa es la de que permite obtener soldaduras más limpias, sanas y uniformes. (p.166) d)

Características y Ventajas del Sistema TIG

Estas son las características y las ventajas más importantes que posee la soldadura TIG

a) No se requiere de fundente y no hay necesidad de limpieza posterior en la soldadura b) No hay salpicadura, chispas ni emanaciones, al no circular metal de aporte a través del arco c) Brinda soldaduras de alta calidad en todas las posiciones, sin distorsión d) Al igual que todos los sistemas de soldadura con protección gaseosa, el área de soldadura es claramente visible

e) El sistema puede ser automatizado, controlando mecánicamente la pistola y/o el metal de aporte Soldadura por arco bajo gas protector con electrodo consumible (GMAW).

El principio de la soldadura por gases inertes (MIG), y la de gases activos (MAG).

En este proceso se produce un arco entre el electrodo de hilo continuo y la pieza a soldar, mientras que el entorno se encuentra protegido por uno de los gases mencionados anteriormente. Este proceso puede ser semiautomático, automático o robotizado. En el último caso se determinan las coordenadas y todos los parámetros de la soldadura tales como velocidades, temperaturas y posteriormente es un brazo robotizado el que realiza el trabajo. El gas inerte más empleado en Europa es el Argón mientras que en Estados Unidos se utiliza más el Helio. Al realizar una soldadura MAG, el gas activo utilizado va a desprender Oxigeno (O2) con lo que podría oxidar la soldadura, en este caso es importante utilizar en el material de aporte elementos desoxidantes.

Las ventajas de este proceso se presentan a continuación

a) Ausencia de escoria.

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b) Alimentación automática del hilo. c) La gran densidad de corriente que admite. d) Gran flexibilidad de regulación.

D. Tipo de Software que se Usara para Realizar el Diseño y los Cálculos del Chasis

Para realizar el diseño del chasis se optara por usar un software avanzado para el diseñar y probar que el chasis no supere los esfuerzos establecidos por la norma. Uno de los software más usados es solidwork ya que este presenta una gran disponibilidad en relaciones diseño y de cálculos además que existen muchos manuales para diseñar componentes del Formula SAE en Solidwork.

1) Software Solidwork El software Solidwork es uno de los programas de diseño más usado para diseñar los componentes del Formula SAE, así mismo el manual Proyecto de Análisis y Diseño de SAE con el software SolidWorks (2011) describe este programa de computadora como: Un software de automatización de diseño. En SolidWorks, puede croquizar ideas y experimentar con diferentes diseños para crear modelos 3D mediante la sencilla interfaz gráfica de usuario de Windows. SolidWorks es utilizado por estudiantes, diseñadores, ingenieros y otros profesionales para producir piezas, ensamblajes, y dibujos simples y complejos (p.2).

Con lo referente a lo anterior esta es una gran herramienta de diseño donde se pueden hasta simular todos los esfuerzos que se generan en cualquier componente que se dibuje en el software ahorrando así gran tiempo en comprobación de los cálculos.

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CARACTERÍSTICAS DEL CHASIS

Este punto tiene como objetivo describir las características más relevantes del chasis, como son el tipo de material y el método que se usara para unir los tramos del chasis, y las dimensiones que este tendrá E. Características de los Materiales Para la Construcción del Chasis

En esta fase se explica el posible material escogido para la construcción del chasis basándose en propiedades del material y en experiencias de otros equipos de Formula SAE. 1) Material para la Construcción del Chasis La norma de Formula SAE recomienda que el chasis debe construirse con tubos tubulares de acero con un mínimo de cero coma diez (0,10) porciento de carbono, aunque también da opciones de usar otros tipos de aleaciones para construir el chasis. La norma específica como se dijo anteriormente una recomendación del acero a usar esto se puede apreciar en la página veinte siete (27) en la tabla (T3.4) de la norma Formula SAE dos mil trece (2013). También muestra en la página veinte ocho (28) las características que se tienen que tener en cuenta a la hora de seleccionar un acero diferente al recomendado.

Como se ha dicho anteriormente se quiere diseñar un chasis que sea liviano y resistente a todos los esfuerzos presente en pista y a posibles choques, y uno de los aceros más usados para diseños de chasis tubulares es el acero cromo-molibdeno o (SAE-4130H) donde el catalogo para aceros de la empresa Ferrum C.A., especifica las propiedades de este material en donde describe que es un: “ acero especial para componentes grandes y medianos diámetros en los cuales se requiere alta resistencia a la tracción y tenacidad donde el bajo contenido de carbono le da a este acero buenas características de soldabilidad, es liviano en su presentación tubular” (p.32) además el mismo catalogo define algunas de sus aplicaciones industriales

donde comenta que tiene una: “amplia aplicación en la ingeniería

automotriz, en engranajes y construcción de motores” (p. 32). En la actualidad muchas de las instituciones universitarias que participan en este evento seleccionan a este acero para la construcción del chasis, como es el caso del grupo de Formula SAE de la Universidad Central de Venezuela (UCV), en donde el chasis que diseñaron y construyeron en el dos mil doce (2012) lo hicieron con ese material

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en la página web que realizo este equipo (http://www.teamhardwarevzla.com/2012/10/conociendo-alequipo-dehttp://www.teamhardwarevzla.com/2012/10/conociendo-al-equipo-de-formula-saeucv/formula-sae-ucv/) tienen la descripción general del chasis en donde usaron el acero cromomolibdeno, como resultado obtuvieron un chasis que pesa veinte ocho kilogramos (28 Kg).

Otra universidad que usa este tipo de material para la construcción de su monoplaza tipo Formula SAE es la Universidad Técnica de Praga en donde en un artículo de la revista tecnológica de soldadura Weld+visión edición número veinte siete (27) año dos mil doce (2012) describe que: “el bastidor (chasis) se compone de tubos de acero de cromo-mol de pared fina. Ofrece protección al piloto y soporta cargas extremas durante las condiciones de carrera” (p.16). En base a todo lo anterior se quiere seleccionar el acero Cromo-Mol para la construcción del chasis del Grupo Formula SAE UFT. Actualmente no se puede concretar las dimensiones que tendrán los tubos, aunque la norma Formula SAE especifica los diámetros y espesores de pared mínimos que se pueden usar en el diseño del chasis cuando se usan aceros distintos a los recomendados (p.27) y (p.28), los cuales son un diámetro de veinte cinco coma cuatro milímetros (25,4 mm) con un espesor de dos milímetros (2 mm), en donde los diámetros pueden aumentar de tamaño pero siempre tienen que tener la misma relación de espesor. El único problema de este tipo de material su difícil obtención ya que muy raro en el mercado venezolano, por ello se tendrá en cuenta una segunda opción.

Como se segunda opción está el acero AISI 1020 este es un acero con 0.18 a 0.22 % de carbono es aprobado por la norma FSAE para su uso, posee un límite elástico de 351 MPa (mega pascales) y un límite de tracción

de 420,51 MPa, es de fácil obtención y mucho más económico que cromo-

molibdeno y tiene una buena soldabilidad con arco eléctrico.

Técnica a Usar para la Unión de los Tramos o Tubos del Chasis.

Como se especificó anteriormente el tipo de acero que se quiere usar para la construcción del chasis, si es Cromo-Mol, debido a esto hay que seleccionar un método de soldadura, como se dijo anteriormente el acero SAE 4130H tiene una excelente soldabilidad, donde se podría usar una soldadura de arco

66

eléctrico con electrodo revestido, pero este tiende a tener defectos como mordeduras y pegaduras como lo indica el libro de Joseph W con el título Técnicas y práctica de la soldadura donde describe que: Las mordeduras son un tipo de defecto que produce cuando se suelda con corriente excesiva donde se origina pequeños surcos en el metal base, las mordeduras también pueden producirse cuando se suelda uniones con ángulos, por otro lado las pegaduras se presentan cuando la corriente de soldadura es demasiado baja o el metal no asimila bien la fusión del material de aporte con la base (p.93)

Con referencia a lo expuesto anteriormente si usa una soldadura de este tipo se correrá el riego de tener estos defectos, por el hecho que casi toda la estructura del chasis tiene que estar triangulada se tendrán que hacer soldaduras de filete. Ya teniendo esto claro se prosigue a seleccionar otro tipo de soldadura, en donde la más recomendada para soldar el acero CromoMol es la TIG (Tungsteno Inerte Gas) esto debido a sus altas propiedades. La soldadura TIG utiliza como medio protector un chorro de gas inerte y un electrodo no consumible el cual impide la contaminación de la soldadura así crea un cordón limpio, es decir libre de escoria, donde la fusión de los metales es de alta calidad, como lo describe el libro de Joseph W con el título Técnicas y práctica de la soldadura donde dice los beneficios de esta soldadura: Puesto que el gas protector impide el contacto entre la atmosfera y el baño de fusión, la uniones obtenidas son más resistentes, mas dúctiles y menos sensibles a la corrosión, que las que se obtiene con la mayor parte de los procedimientos, otra ventaja de la soldadura por arco con protección gaseosa es la de que permite obtener soldaduras más limpias, sanas y uniformes. (p.166)

Debido a estas características se seleccionó la soldadura TIG o MIG si se emplea el acero Cromo-Mol, si en contrario se escoge un acero AISI 1020 se optara por una soldadura de arco eléctrico con electrodo revestido, aunque si esta la disponibilidad de soldar con alguno de los dos tipo de soldadura mencionados anteriormente se usaran en el proceso F. Fines que se Destinan los Bienes y Servicios

En esta fase se describen a que sector se destina el chasis y que servicio brinda a la sociedad. Por ser un proyecto que está enfocado en solventar la necesidad del Grupo de Formula SAE UFT se puede concretar de una vez que el chasis está destinado a cumplir el servicio de satisfacer la necesidad del

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grupo de construir un chasis, además a largo plazo la misma Universidad Fermín Toro se beneficiara de este proyecto, además está destinado a ser un modelo a seguir de por generaciones futuras que se embarquen en proyectos parecidos.

G. Consumidores su Modo de Uso y Vida Útil del Chasis Se proseguirá a describir los posibles consumidores, el modo de uso que tiene el chasis y la estimación de vida útil de este mismo.

1) Consumidores Los posibles consumidores de este producto son todas aquellas personas, estudiantes e instituciones que quieran tener un modelo de referencia para la producción de sus chasis, claro que este chasis está restringido por las normas de Formula SAE y por ello solo la población consumidora será aquella que tenga relación con la competencia.

2) Vida Útil Para mantener la vida útil del chasis se usaran pinturas anticorrosivas o pintura de fondo esto si el chasis es construido en acero AISI 1020, por otro lado si se construye en acero al Cromo-Molibdeno este presenta una gran resistencia a la corrosión. Otra cosa que hay que tener presente es que en la competición de Formula SAE los equipos que van por segunda vez no pueden llevar el mismo chasis de la competición pasada esto para hacer que los diferentes equipos construyan un nuevo chasis por cada año e innoven en el diseño y construcción del mismo, con esto la organización asegura que los equipos trabajen con el fin de construir siempre un mejor chasis que el anterior.

H. PROCEDIMIENTO UTILIZADO PARA LA PRODUCCION

En este contexto se describe el camino que se ha elegido, la manera de cómo se consiguió alcanzar los objetivos propuestos, este paso se establece dos puntos importantes el primera son las técnicas

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utilizadas para el desarrollo del proyecto y el segundo son los componentes utilizados para llegar al diseño final.

I. Técnica Utilizada

A continuación se describirá la metodología usada para conseguir los datos bases para el desarrollo del diseño del chasis, donde se puntualizara los métodos usados.

1) Recopilación de Información Para el desarrollo de la investigación se utilizó un tipo de recopilación de información que se basó en una investigación de tipo documental y de campo con la finalidad de captar una selección de diseños de otros chasis elaborados por otras universidades de todo el mundo esto con el fin de estudiar el diseño y compararlos unos con otros para establecer ciertas diferencias que ayuden establecer que tanto la norma de la organización FSAE estandariza el diseño del chasis. Otro tipo de técnica usada fue la entrevista no estructurada a otros equipos de FSAE en Venezuela, como es el caso de FSAE UCV, donde se le realizó una entrevista al vicepresidente del equipo Javier Hernández. Como resultado se llegó a ciertas conclusiones sobre el diseño y los parámetros que se deben de cumplir para que la organización FSAE acepte el diseño del chasis del equipo FSAE UFT.

J. Componentes Usados para el Diseño del Chasis

En este punto se establecerá una descripción de los aspectos técnicos de los elementos usados para el diseño del chasis. Para este proceso se usó el software Solidworks.

1) Utilización de Soilidworks El software solidworks es una herramienta muy versátil a la hora de diseñar, ya que con unos simples pasos uno puede tener un diseño final y realizar modificación si se ameritan. Para el diseño del chasis se pueden plantear tres etapas.

a)

Croquis del Chasis

Después de estudiar varios modelos de chasis, se prosiguió a la esquematización del chasis final en el software, para ello primero se establece un croquis del chasis en 3D en el software. Como referencia lo primero que se hace estrazar una distancia entre ejes representativa esto para tener una guía y una

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perspectiva de las diferentes mediadas de los componentes del chasis, ya que cuando se esté realizando el croquis de las diferentes partes que conforman el chasis hay que tener en cuenta esta distancias ya que esa posición es donde se colocaran los soportes para las tijeras de los cauchos además de la dirección mecánica que se va emplear en el monoplaza. Esta distancia inicial entre ejes puede estar sometida a cambió a medida que se va diseñando el chasis.

Fuente: Buoli. G (2013) Figura 9

K. Croquis de la distancia entre ejes

Posteriormente se prosigue a coquizar cada parte del chasis por separado, a continuación se establecen por orden la croquizacion del chasis.

a) Piso delantero b) Mamparo c) Arco frontal d) Soportes del Mamparo e) Tirantes del arco frontal f)Piso del Piloto g) Arco Principal h) Croquis de la figura del piloto i) Protección Lateral j) Piso del motor

70

k) Soportes de los tirantes del arco Principal l) Tirantes del arco principal m) Triangulación del piso y del mamparo

Fuente: Buoli. G (2013) Figura 10

L. Croquis completo del chasis

1) Creación de los Perfiles Tubulares del Chasis

Esta etapa es donde se establecen los perfiles de los tubos con que se realizara el chasis donde las medidas mínimas se establecieron en la tabla 1. Solidworks mediante un herramientas llamada miembro estructural permite crear los perfiles de los tubos, donde estos se crean siguiendo la dirección de las líneas hechas en el croquis final del chasis, así creando la estructura final del esqueleto tubular.

A continuación se mostrara por medio de dos figuras como se evoluciona en el armado de chasis.

71

Fuente: Buoli. G (2013) Figura 11 M. Creación de los perfiles Tubulares

Esta figura 11 se visualiza como se van formando los perfiles tubulares, donde se puede apreciar los tubos ya formados y las líneas a las cuales todavía no se ha colocado el perfil establecido.

Fuente: Buoli. G (2013) N. Figura 12 Chasis con todos los perfiles completado 1) Modelización del Chasis

La etapa de modelización es donde el chasis se expone a las diferentes simulaciones para comprobar que este aguanta los esfuerzos en la competencia, acá se comprueban que las dimensiones de los perfiles elegidos son los adecuados, donde se basa más en ensayo y error para probar diferentes perfiles

72

y comprobar y comparar los esfuerzos, en el siguiente punto de este proyecto se profundizara esta etapa donde se describirá detalladamente las pruebas que se le hicieron al chasis para asegurar que este cumple con los mínimos requisitos en cuestiones de resistencia.

O. MODELIZACION DEL CHASIS

Este espacio se refiere a todas los ensayos técnicos a las que el producto es sometido para demostrar que es confiable. Se describirán cada una de las pruebas que se simularon en el chasis y los resultados que este arrojo. Estas pruebas fueron un choque frontal, la simulación de vuelque del carro y por último el ensayo más importante que se efectuara es el de torsión.

P. Características del Chasis

Antes de comenzar cualquier simulación se definirán ciertas características del chasis como son las medidas finales de los perfiles seleccionados y el material seleccionado para su fabricación. En la siguiente tabla se proporcionaran las medidas de los perfiles y el acero.

Cuadro 3

73

Perfiles de los tubos seleccionados Diámetro x Espesor

TEMA o APLICACION

DIAMETRO X ESPESOR DE

TIPO DE ACERO

PARED Diámetro 1” (24.5mm) por Arcos principal y frontal, Soportes del arnés de hombre

AISI 1020

0.095 inch (2.4 mm)

Cont

Diámetro 25.4 mm x 1.60

AISI 1020

Estructura de impactos mm laterales, mampara frontal, tirantes de los arcos, sujeción de arnés de restricción del piloto

Diámetro: 1.0 inch (25.4 AISI 1020 Soportes del mamparo mm) x 0.049 inch (1.25 mm) frontal, Brazos del arco principal, Componentes del sistema de tracción Fuente: Galaor B (2013) Q. Modelización de la Parte Frontal del Chasis

1) Descripción del Ensayo

Este ensayo simula un choque del monoplaza frontalmente y esta normalizado por la norma FSAE en la página 38 de dicha normativa, en particular se efectúa para la simulación del atuenador de impacto el cual es un componente que permite la absorción de la energía de choque si llegara a ocurrir una colisión frontal, por ello se simulara con estos parámetros ya que proporcionan la condición más crítica para este ensayo, donde se observaran los desplazamientos máximos de la parte frontal del chasis.

Antes de realizar la simulación hay que calcular la fuerza de impacto según los datos que nos proporciona la norma los cuales son:

74

a) Velocidad de impacto (Vimp)= 7,0m/s b) Masa del vehículo(M)= 300Kg c) Desaceleración de (a)= 20G Ya teniendo estos datos iniciales se prosigue a calcular la fuerza de choque mediante la ecuación de cantidad de movimiento, donde:

Dónde: Im= cantidad de Movimiento

t=

tiempo de choque

Calculando Im:

Ahora calculando el tiempo de choque:

Dónde:

2) Simulacion del Choque Frontal Antes de comenzar con la simulación debemos trazar un parámetro de desplazamiento de referencia, esto para tener ya previsto el límite máximo de deformación del chasis que puede alcanzar. Este parámetro será la distancia que hay desde el mamparo hasta los pies del piloto como se aprecia en la figura siguiente.

75

Fuente: Buoli. G (2013) Figura 13 R. Distancia Máxima de Deformación

Los 198,32 mm será el patrón de referencia del desplazamiento máximo que se puede deformar la parte frontal del chasis. Ya teniendo todo los parámetros previstos se prosigue a comenzar el proceso de simulación.

1) Parámetros de la Simulación de la Parte Frontal

A continuación se procederá a los parámetros que el software requiere para simular el choque. Ya calculada la carga esta se aplicara a la parte frontal del chasis donde se distribuirá por toda su área.

Ahora el proceso de simulación consiste de la en seguir una serie de pasos que se mencionan a continuación:

a) Se fijan los puntos hasta donde se quiere realizar el ensayo, en este caso se hace fijo hasta la parte de atrás de la cabina

b) Se aplica la carga en la parte frontal del chasis c) Se prosigue al mallado del chasis y a la simulación de las cargas

76

Carga de 58333 New

Sujeciones Fijas

Fuente: Buoli. G (2013) Figuara 14 S. Aplicaciรณn de sujeciones y cargas

Fuente: Buoli. G (2013) Figura 15

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T. Chasis ya Simulado En la Figura 15 se aprecia una vista lateral del modelo despues de la simulacion, donde se obtuvo desplazamientos unitario ( URES)

46, 162 mm en la parte frontal, en el cual el resultado fue

sastifactorio ya que el dezplazamiento obtenido es aproximadamente el 25 porciento de la distancia total de la parte frontal hasta deonde deberian ir los pies del piloto.

U. Modelizacion del Vuelque del Monoplaza

1) Descripcion del Ensayo Para este ensayo se va a suponer que el carro por circunstancias dadas haya quedado boca abajo, donde todo el peso del carro lo soportaría el arco principal y el arco frontal, se tomara como masa del carro los 300 Kg que establece la norma ya que este es el peso máximo promediado en un Vehículo de FSAE, se calculara el peso y se distribuirá equitativa mente entre el arco principal y el arco frontal.

Dónde: P= Peso del Vehículo en Newton M= Masa del vehículo en Kilogramos

El peso total de carro serán 2940 Newton los cuales al dividirse entre dos nos queda que la carga aplicada al arco principal y al arco frontal serán de 1470 Newton a cada uno.

2) Simulación del Ensayo de Vuelco Igualmente que en la simulación del choque frontal antes que nada se define el desplazamiento máximo que pueden sufrir los arcos, siendo el arco principal el mas critico ya que este es el que protege el piloto del piso en caso del volteo, en la figura siguiente se muestra el boceto del piloto dentro del chasis.

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Fuente: Buoli. G (2013) Figura 16 V. Distancia Máxima de Desplazamiento de los Arco

Ya determinada la distancia máxima (50,85mm) de deformación que puede sufrir los arcos para que la cabeza con el casco del piloto no colisione contra el piso se puede proseguir a la realización del ensayo 1) Parámetros de la Simulación del volteo del chasis

Para el ensayo del vuelque se proseguirá colocando la sujeciones fijas en la parte

trasera y en la delantera por debajo, la cargas se colocan en los dos arcos como se muestra en la siguiente figura luego se prosigue a efectuar la simulación.

Sujeciones

Fijas

Carga de 1470 New

Fuente: Buoli. G (2013)

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Figura 17 W. Aplicación de Sujeciones y Carga a los Arcos

Fuente: Buoli. G (2013) Figura 18 X. Resultados de la Simulación de los Arcos En la figura 18 se aprecia la deformación unitaria que sufrió el arco principal, donde la deformación máxima obtenida fue de 3,9757mm un aproximado a 4mm de deformación.

Y. Modelización del Ensayo de Torsión

1) Descripción del ensayo El ensayo de torsión es el más importante de todos los ensayos y es el que va arrojar los verdearos datos del comportamiento del chasis en pista ya que el esfuerzo de torsión estará presente cada vez que el monoplaza pase por un bache o por un piano de la pista, aunque estos esfuerzos son adsorbidos por la suspensión hay que diseñar el chasis simulando la situación más crítica, por ello se va a suponer una suspensión rígida, es decir como si el chasis adsorbiera directamente los esfuerzos que tendría que adsorber la suspensión. El cálculo de las fuerzas que se somataran en las tijeras viene dado por la capacidad máxima de adsorción de fuerza de los amortiguadores. En combinación con el grupo de suspensión se dé termino una carga máxima de 250 lbf, suponiendo una condición mas critica se

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tomaran 300 lbf (1334New) de carga, la cual se les trasmitirá a cada una de las tijeras una en sentido contrario de la otra para así crear la torsión en el chasis.

2) Simulación del Ensayo de Torsión Antes de iniciar con la simulación se establece las medidas con que se va a regir el ensayo:

a) Los esfuerzos y tensiones no pueden sobre pasar el límite de tracción del material b) Los desplazamientos no pueden sobre pasar los 20mm tantos los unitarios como el desplazamiento en el eje Y c) El Factor de seguridad no puede dar menor de uno (1)

d) La Rigidez torsional se tomara solo como un parámetro para saber que tan rígido es el chasis Ya teniendo los puntos a estudiar en el ensayo de torsión se procede a colocar fijo el chasis desde la parte de atrás y colocar las cargas en las tijeras como muestra la figura siguiente Carga de 1334 New

Fuente: Buoli. G (2013) Figura 19 Z. Colocación de fijaciones y cargas en el chasis para la Torsión 1) Resultados de la simulación del chasis en Torsión A continuación los resultados obtenidos por la simulación de torsión del chasis.

Sujeciones Fijas

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a)

Esfuerzo y Tensiones Máximas

Para esta prueba se encontró un esfuerzo y una tensión máxima de 230,6 Mpa en la parte de abajo del arco frontal es decir que esta es la zona más crítica del chasis aun así los esfuerzo están por debajo de los límites que se colocaron para esta prueba. En la figura siguiente se aprecia el ensayo.

Fuente: Buoli. G (2013) Figura 20 AA. Simulación de torsión (esfuerzos) 1) Desplazamientos Resultantes Máximos Unitarios (URES)

En los desplazamientos máximos se obtuvieron 9,282 mm establecido en la figura 21 se aprecia la simulación

los cuales son la mitad del límite

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Fuente: Buoli. G (2013) Figura 21 BB. Simulación de Torsión (Desplazamientos URES)

1) Desplazamientos en el Eje Y

El desplazamiento en el eje Y es uno de los más importantes ya que nos proporciona la distancia para calcular posterior mente los grados de deformación los cuales en conjunto con el torque se calculara la rigidez torsional, aunque más adelante se profundizara más esa parte del ensayo de torsión. El desplazamiento obtenido fue 8,438mm un poco más bajo que los desplazamientos unitarios aun así como se dijo anteriormente este ensayo es de base para el ensayo de torsión.

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Fuente: Buoli. G (2013) Figura 22 CC. Desplazamiento en el Eje Y 1) Factor de Seguridad

El factor de seguridad brindara la confianza de que el diseño sea seguro y que este aguante todos los esfuerzos, se sabe que en diseño de máquinas el factor de seguridad siempre tiene que ser mayor a uno (1), en los resultados de la simulación de torsión la zona más crítica se obtuvo un factor de seguridad de 2,17 aun así el factor de seguridad aumenta respecto a otras partes del chasis en la siguiente imagen se aprecia el chasis después de calcular el factor de seguridad , donde se ve una barra con una gama de colores con los cuales se identifica el factor de seguridad respecto a los colores del chasis, a medida que se pone rojo el factor disminuye y cuando este se coloca azul el factor aumenta.

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Fuente: Buoli. G (2013) Figura 23 DD. Representación del Factor de Seguridad

1) Calculo de Rigidez Torsional

El cálculo de la rigidez torsional parte de la Ecuación 2 mencionada en las bases teóricas

Para calcular M donde este es el momento torsor se calcula por la fórmula:

Dónde: F= Es la carga aplicada en la tijera d= Es la distancia central de tijera a tijera en metros

Ya teniendo el momento torsor se prosigue a calcular los grados de deformación, para ello se divide la distancia obtenida en el desplazamiento en el eje Y entre la distancia central de las tijeras todo en

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milímetros, el resultado de esta operación quedara en Radianes pero solo con una sencilla transformación de radianes grados o aplicar una arcotangete en el resultado es suficiente.

Dónde:

UY= Desplazamiento angular en el Eje Y d= Distancia del centro de las tijeras Calculado el ángulo de torsión:

Ahora transformando de Radianes a Grados aplicando arcotangente queda:

Ya calculado el momento torsor y los grados de deformación se prosigue con el cálculo de la rigidez torsional.

Para saber si se obtuvo una rigidez óptima se compara con la siguiente tabla:

Cuadro 4 Tabla comparativa de Rigidez Torsional

Rigidez Torsional de automóviles comerciales Nombre del automóvil

Rigidez Torsional

Rolls Phantom

40.500 Nm/grado

VW Phaeton

37.000 Nm/grado

Porsche Cayenne

36.900 Nm/grado

Lotus Elan

7.900 Nm/grado.

Dodge Viper Coupe

7.600 Nm/grado

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Chrysler Durango

6.800 Nm/grado.

Fuente: Calvo. A (2009)

Al comparar la rigidez obtenida con la tabla anterior se juzgara que esta algo baja pero hay que tomar en cuenta que estos son carros comerciales a diferencia del FSAE que es un carro más pequeño, por ello la rigidez obtenida1 es satisfactoria, aunque es posible aumentar más la rigidez haciendo más triangulación o aumentado la sección trasversales de tubos ya sea por el diámetro o por el espesor pero todo esto aumentaría el peso del chasis también EE. PROCESO DE FABRICACION

Para la fabricación del chasis se lleva a cabo una serie de procesos como es el corte y la preparación de los tubos, la selección de la soldadura, el cálculo del espesor de esta y proceso de soldadura.

Dependiendo de la calidad de estos procesos la fabricación del chasis o puede ser muy sencilla o se podría complicar. Por ello se presentan los métodos usados para que futuras generaciones lo sigan y lo mejoren.

FF. Método de Corte y Preparación de los Tubos

1) Corte de los Tubos Para el corte de los tubos se usó una tronzadora con disco de corte de 14” por ser más económico, en este proceso hay que tener cuidado al cortar los tubos ya que hay que medir bien la distancia del corte y dejar un rango de separación más largo por el material que se pierde, este rango puede ser el espesor del disco de corte que se usa al cortar los tubos. En la figura 23 se aprecia el método de corte usado.

Fuete: Buoli. G Figura 24

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GG. Corte con tronzadora 1) Preparación de los Tubos Después de efectuar los cortes correspondientes se deben preparar los perfiles de los tubos para empatarlos y aplicar la soldadura, la preparación de los perfiles varía según la colocación del tubo. Si se quiere colocar un tubo que este perpendicular respecto a otro es decir que se forme un ángulo de 90º entre ellos, el corte de los perfiles tienen que ser a 45º, otro tipo de preparación que se la hacen a los perfiles es mediante una piedra de esmeril u otra técnica, la cual le da la forma convexa al perfil para que este empalme apropiadamente en la paredes de los demás tubos.

Fuente: Buoli. G Figura 25 Preparación de los Perfiles

HH. Método de Soldadura

1) Selección del Tipo de Soldadura Antes de hacer cualquier cálculo lo primero que hay seleccionar es el tipo de soldadura con el cual se va a trabajar, esta selección varía según la disponibilidad de maquinarias y por el tipo de material que se desea soldar. Actualmente existen una variedad de técnicas y equipos para soldar. En el caso de la construcción de este diseño, como se posee la disponibilidad de equipos de soldadura por arco eléctrico con electrodo revestido y además de que el material que se usara es AISI 1020 el cual no presenta ningún inconveniente al soldarlo con este tipo de técnica.

2) Calculo del Espesor de la Soldadura Para calcular el espesor de la soldadura se comienza seleccionando el tipo de electrodo a usar, en este caso se selecciona verificando las tensiones y esfuerzos máximos del ensayo de torsión que se le

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efectuó al chasis, y partiendo de esos esfuerzos se selecciona un electrodo que su resistencia a la tracción este por encima. Los esfuerzos máximos obtenido el ensayo de torsión son de 230,6 Mpa si comparamos esta medida con la figura siguiente, la cual contiene una tabla con una variedad de electrodos con una serie de características y entre esas características está la resistencia a la tracción, solo se fija en este valor ya que es por cual se seleccionará el electrodo a usar, al analizar la tabla que aparece en la figura se puede apreciar que la serie E60xx cumple con la resistencia adecuada para soldar el diseño ya que tiene una resistencia a la tracción de 427Mpa.

Fuente: Shigley (8va edición) Figura 26 II. Tabla de Propiedades de Electrodos

Ya seleccionado el tipo de electrodo se prosigue a seleccionar el amperaje el cual depende del diámetro del electrodo. El diámetro a usar es de 3/32” y este trabaja con un amperaje de 70 a 90. Ya teniendo todos los parámetros establecidos se prosigue al cálculo de la garganta y del espesor de la soldadura.

Para comenzar el cálculo hay que definir a qué tipo de soldadura va hacer si a tope o a filete, en caso del diseño del chasis todas las soldaduras serán a filete, en donde el ancho de la soldadura siempre va hacer 0,707 por la altura de la garganta.

Dónde:

b= espesor de la soldadura

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0,707= constante de soldadura de filete h= Altura de la garganta de la soldadura Como la soldadura va estar sometida a esfuerzos de torsión se selecciona la teoría adecuada de cálculo.

En la página 464 del libro diseño de elementos de máquina, octava edición define la formula (9-4), la cual es para cálculo de soldaduras sujetas a torsión y es la siguiente:

Dónde:

τ = Resistencia a la tracción del electrodo M= Par aplicado en el ensayo de torsión r= Radio del Tubo J= Segundo momento polar de inercia

De esta fórmula se conocen todo los datos excepto, el segundo momento polar de inercia en donde la ecuación (9-6) del libro diseño de elementos de maquinas la define como:

Dónde: 0,707 es una constante de soldadura y viene dada por que el tipo de soldadura es en filete Ju= Segundo momento polar unitario El segundo momento polar unitario se puede definir por la tabla de la siguiente figura

90

Fuente: Shigley (8va ediciรณn) Figura 27 JJ. Propiedades de la Soldadura por Filete Como nuestra soldadura rodeara el tubo esta serรก una soldadura circular y mediante la tabla se prosigue a seleccionar la Ju.

Sustituyendo la ecuaciรณn 10 y 9 en 8 queda la ecuaciรณn como sigue.

Despejando h de la ecuaciรณn 11 queda:

Calculando h

Calculando el espesor de la soldadura:

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Con los valores de espesor y altura de garganta ya calculado se puede comenzar con el trabajo de construcción.

KK. Costos de Fabricación Los costos de fabricación se reflejaran mediante la siguiente tabla.

Cuadro5 Costos de Fabricación

Materiales y manufactura

Cantidad

Precio C/U en Bs

Total

Tubos de acero AISI 1020

30mts

194 cada 6mts

970Bs

Electrodos E6013

5 Kg

80

400Bs

Disco de corte de 14”

3

120

360Bs

Muela de esmeril de banco

1

150

150Bs

Mano de obra

5 Días

200 el Día

1000Bs

Pinturas plateada

1/4 Galón

150Bs

150Bs

Pintura de Fondo

1/4 Galón

120Bs

120Bs

Total de los fabricación

costos

de

3150Bs

Fuente: Buoli. G (2013)

LL. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Con los diversos resultados obtenidos se exponen las siguientes conclusiones y recomendaciones.

MM. Conclusiones

1.

La obtención del modelo final se basa de un análisis de campo metodológico del diseño de

otros chasis de diferentes equipos y un estudio del reglamento impuesto por la norma FSAE, se podría decir que el chasis básicamente esta estandarizado pero con un cierto grado de modificaciones permisibles para que los equipos tengan originalidad en el diseño también.

2.

De los ensayos efectuados con el software solidwork se consiguieron resultados satisfactorios

en los cuales se tienen:

a)

Los desplazamientos obtenidos en la prueba de choque frontal se logró un que el chasis solo

desplazara 46,162 mm, siendo el desplazamiento máximo 198,36

92

b)

En la prueba volteo el arco principal solo se deformo 3mm donde el desplazamiento máximo

es de 50,4mm. En esta prueba también se alcanzó el objetivo.

c)

En el ensayo de Torsión fue donde se midieron las tensiones y esfuerzos máximos siendo este

el más importante ya que si en este ensayo se fallaba se tendría que rediseñara o aumentar algunos perfiles de tubos. Pero los resultados fueron satisfactorios. Ya que se obtuvo un esfuerzo máximo de torsión de 230,6 Mpa en comparación con el limite elástico del acero AISI 1020 los cuales son 351 Mpa, es decir que la deformación del chasis nunca va allegar a la zona plástica del material si no que se va a comportar elásticamente siempre que no exceda las cargas con que se simulo, de igual forma estas cargas simulan la condición más crítica en que el chasis puede estar en pista.

3.

Con respecto a la factibilidad de costos de construcción siempre y cuando se produzca con

acero sencillo al carbono y se le aplique soldadura con arco eléctrico con electrodo revestido los costos no son altos, el chasis se construyó con un costo total de 3150 Bs. Aunque estos pueden elevarse si se quiere mejorar el diseño y utilizar otros aceros aleados y otro método de soldadura.

4.

Por último puede destacar que con la realización de este proyecto se demuestra que se puede

producir proyectos funcionales los cuales le traerá más prestigio a la universidad y los alumnos de esta podrán ver y palpar el primer componente del Formula SAE que se está construyendo en la institución trayendo más ánimos al equipo para seguir producción los demás componentes

NN. Recomendaciones

1.

Para mejor los diseños venideros del chasis se debe hacer un análisis metodológico se

recomienda comenzar analizar los chasis de equipos ganadores en la competencia FSAE como ver de qué acero son construidos, si son tubulares o monocasco, las dimensiones que estos poseen. Toda esta información será muy útil para el inicio del diseño del chasis.

2.

Cada vez que se termina de diseñar un chasis este debería tener un rigidez torsional mayor que

el anterior pero siempre intentando disminuir o mantener el mismo peso del chasis, esto se consigue

93

analizando el diseño, eligiendo materiales adecuados y livianos, el proceso de diseño del chasis es algo continuo, cada día se podría modificar algo nuevo ya sea para disminuir el peso o para aumentar la rigidez por lo que se recomienda establecer por lo menos 3 diseños diferentes y compararlos.

4. la recomendación más importante es sobre el material a elegir, normalmente los grandes equipo de Formula SAE diseñan en base al acero aleado Cromo-Molibdeno esto por sus altas propiedades. En nuestro país es un poco complicado conseguir este acero además que su costo es elevado.

La

recomendación es que no importa qué tipo de acero se use, solo que siempre cumpla con la norma FSAE, ya que la competencia no está hecha para ver quién puede diseñar con lo mejor sino quien puede diseñar lo mejor con los menores recursos posibles.

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CRONOGRAMA

Fuente: Buoli. G (2013)

DE

ACTIVIDADES

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DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS

Chasis: Estructura que soporta las cargas de un vehículo y protege al piloto Compresión: Acción y efecto al cual un cuerpo está sometido a fuerzas paralelas a su eje transversal y tiende a comprimir el cuerpo.

Esfuerzo: Fuerza que tiende a deformar a un material por flexión, compresión, tracción, torsión o cizallamiento.

Esfuerzo de Fluencia: Este es el último esfuerzo que soporta un material antes de deformarse plásticamente Esfuerzo Último: Este es el último esfuerzo que soporta un material antes de romperse Flexión: Acción y efecto a doblarse de un cuerpo al cual está sometido a fuerzas perpendiculares a su eje transversal.

Módulo de Elasticidad: Es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza.

Rigidez: Aquello que posee la particularidad de ser rígido es decir, que no puede ser doblado o que resulta riguroso, inflexible y severo Rigidez Torsional: es la relación entre el momento torsor aplicado en uno de sus extremos y el ángulo girado por este extremo, al mantener fijo el extremo opuesto

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Álvarez A (2012) Diseño de chasis para vehículo FSAE. Disponible: http://ehttp://earchivo.uc3m.es/bitstream/10016/15756/1/pfc_antonio_garcia_alvarez_2012.pdfarchivo.uc3m.es/bitstr eam/10016/15756/1/pfc_antonio_garcia_alvarez_2012.pdf [Consulta: 2012 Noviembre] Calvo A. (2009) Diseño y Análisis de un Chasis para un Prototipo de Fórmula SAE. Disponible: http://es.scribd.com/doc/38968086/Analisis-y-diseno-de-un-chasisformula-SAE [Consulta 2012 Diciembre] Espada P. (2009) Estudio de Diseño de un Chasís Tubular Mediante los Elementos Finitos.

Disponible:http://cybertesis.uni.edu.pe/uni/2009/espada_gp/html/indexframes.html [Consulta: 2012 Diciembre] Ferrum C.A (2012) Catalogo y descripciones de aceros. Impresión 5000.

Grupo Team UCV SAE. http://www.teamhardwarevzla.com/2012/10/conociendoalhttp://www.teamhardwarevzla.com/2012/10/conociendo-al-equipo-de-formula-sae-ucv/equipo-de-formula-saeucv/ [Consulta: 2012 Nobiembre] Joseph W (2009) Tecnicas y Practicas de la Soldadura. Caracas: Editorial Reverte Formula SAE (2013) Disponible: http://students.sae.org/competitions/formulaseries/rules/ [Consulta 2012 Noviembre] Pérez, A. (2009). Guía Metodológica para Proyectos de Investigación. Caracas: Editorial FEDUPEL. Revista De tecnología de Soldadura (2012) Weld+Vision. Revista numero 27

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Anexos (Vista Lateral del Chasis)

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Anexos (Vista Frontal del Chasis)

98

Anexos (Vista Superior del Chasis)

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Anexos (Fotos de la construcciรณn del chasis)