Roller Coaster. Diseño de una montaña rusa. by Iratxe García González

ROLLERCOASTER Diseño de una montaña rusa

Proyecto Final de Grado Doble Grado en Ingeniería de Diseño Industrial y Desarrollo del Producto e Ingeniería Mecánica Autora: Iratxe García González Directores: Francisco Bermúdez Rodríguez, Rafel Sitjar Cañellas

Wilkommen, Bienvenue, Welcome!

ÍNDICE CONTENIDOS

Bloque 0: Planificación Introducción ..................................................................................................................................... 10 Etapas del proyecto .......................................................................................................................... 12 Cronograma ..................................................................................................................................... 14

Bloque 1: Análisis previo Introducción ..................................................................................................................................... 18 Evolución histórica ............................................................................................................................ 20 Legislación y normativa ..................................................................................................................... 26 Clasificación ..................................................................................................................................... 32 Elementos principales ....................................................................................................................... 38 Diseño del vehículo ........................................................................................................................... 58 Infraestructura .................................................................................................................................. 70 Propiedad intelectual......................................................................................................................... 76 Manufacturers .................................................................................................................................. 82 Trabajo de campo ............................................................................................................................ 84 Design brief ...................................................................................................................................... 94

Bloque 2: Diseño conceptual Diseño del vehículo ........................................................................................................................... 98 Diseño de la vía .............................................................................................................................. 120

Bloque 3: Diseño formal Principios de diseño........................................................................................................................ 128 Cálculo de la vía: Introducción ......................................................................................................... 132 Cálculo de la vía: Predimensionado de la vía..................................................................................... 136

Cálculo de la vía: Aerodinámica del vehículo ..................................................................................... 160 Cálculo de la vía: Masa del vehículo ................................................................................................. 166 Cálculo de la vía: Selección de ruedas ............................................................................................. 172 Cálculo de la vía: Solución formal de la vía........................................................................................ 178 Cálculo del vehículo: Introducción .................................................................................................... 188 Cálculo del vehículo: Montaje de las ruedas ..................................................................................... 190 Cálculo del vehículo: Movilidad del vehículo ...................................................................................... 204

Bloque 4: Producción Planos de producción ..................................................................................................................... 210 Presupuesto................................................................................................................................... 212 Mantenimiento ................................................................................................................................ 212 Valoración de riesgos ...................................................................................................................... 234

Bloque 5: Producto final Renderings..................................................................................................................................... 238 Conclusiones ................................................................................................................................. 240

Bibliografía Análisis previo................................................................................................................................. 246 Diseño conceptual .......................................................................................................................... 256 Diseño formal ................................................................................................................................. 258 Producción .................................................................................................................................... 262

BLOQUE 0 PLANIFICACIÃ&#x201C;N

Introducciรณn Etapas del proyecto Cronograma

INTRODUCCIÓN JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO Este proyecto corresponde al Proyecto Final de doble grado en Ingeniería de Diseño Industrial y Desarrollo del Producto e Ingeniería Mecánica. El tema principal del proyecto será el diseño conceptual y formal de una montaña rusa.

Justificación del proyecto La elección del tema objeto del proyecto se debe a la síntesis entre la mecánica compleja y el elaborado diseño que hace el mundo de las atracciones. Era uno de los múltiples temas que implementaban ambas vertientes, diseño y mecánica. Sin embargo, se prefiere la opción de la montaña rusa debido al interés y curiosidad hacia la industria del entretenimiento surgida en proyectos anteriores de la carrera, donde se trataron temas como el diseño de un tobogán acuático o un parque infantil de interior.

Objetivos del proyecto El objetivo principal del proyecto es crear el diseño de una montaña rusa con un diseño formal competente y un diseño conceptual atractivo para el público de un parque de atracciones. La atracción se caracterizará por la forma de la vía y la forma del vehículo. En el diseño de la vía no se intentará buscar nuevos loopings, sino combinar las formas ya existentes para formar un conjunto nuevo e impactante 10

para el usuario. Además, se busca un dimensionado acorde con los factores de seguridad que exige la normativa en la materia. En cuanto al vehículo, se quiere dar al usuario el máximo espacio de movilidad durante el trayecto sin prescindir de la seguridad. Además, se busca romper con las formas que existen actualmente. Aun habiendo tipos de vehículos muy diferentes, los más utilizados suelen ser los vehículos compuestos por asientos sobre una plataforma. Mediante métodos de creatividad se intentará encontrar una nueva solución para el vehículo cuya singularidad resida en la simplicidad de su diseño. Siendo realistas y sabiendo que el diseño de una montaña rusa requiere de un equipo de ingenieros cualificado trabajando durante varios años, después del análisis del producto se determinará los límites de este proyecto mediante un design brief.

Objetivos personales En este proyecto se pretende incorporar el máximo de conceptos que se han estudiado durante el doble grado. Este proyecto reflejará los conocimientos que se han adquirido en las diferentes asignaturas. Mediante el diseño de la atracción se intentará entrelazar las diferentes materias para realizar el proyecto más realista posible, aun sabiendo que el diseño formal de la atracción quedará incompleto debido a la complejidad de todo el conjunto. Ya que el conocimiento que puede proporcionar el grado es limitado, entra en juego el autoaprendizaje en aquellos apartados en que las asignaturas no indagan.

ETAPAS DEL PROYECTO DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES Después de conocer los objetivos y los motivos de este proyecto, se explicará brevemente cada una de las partes que conforman la totalidad del mismo. De esta manera se mostrará al lector el hilo conductor que lleva hasta el producto final.

Planificación En primer lugar, se decidió cuál sería el tipo de producto objeto del proyecto. La acotación de la materia que se abarcará queda abierta a los resultados de la fase de análisis, por lo tanto, no se establece todavía el design brief. Una vez elegida la denominación del proyecto, se procede a la estructuración del mismo. Se redacta un índice que guíe al diseñador a través del proceso de creación de una montaña rusa. También se realiza un diagrama de Gantt inicial, que sufrirá modificaciones al haber alteraciones en las fechas de finalización de cada apartado.

Análisis previo Para comenzar se explica una montaña rusa y su funcionamiento. De esta manera se introduce el tema que se tratará hasta el capítulo final de este proyecto, haciendo que el producto sea conocido para el lector. Después se explicará cómo han evolucionado las montañas rusas a lo largo de la historia. Todas las innovaciones ocurridas hasta el momento serán reflejadas en una línea del tiempo. Después se decidirá la futura ubicación de la atracción para determinar que legislación aplicar. Se utilizará la normativa europea aplicable como guía para el diseño. Esta normativa abarcará diferentes elementos que conforman tanto la vía como el vehículo. Cada una de estas partes es estudiada en profundidad. Una vez conocidos los componentes de la montaña rusa se buscan las patentes más importantes y las más curiosas. La mayoría de ellas pertenecen a los principales fabricantes de atracciones. Se explicarán las principales características de los mismos. Además, para conocer de primera mano los elementos investigados de la atracción, se realizó un viaje a un parque de atracciones. Durante este trabajo de campo se realizaron múltiples fotografías representativas de la morfología de las partes que componen una atracción. A la hora del diseño formal se tendrá como guía para el diseñador.

Diseño conceptual Conocidas las partes de la montaña rusa, se les aplica la metodología del diseño para obtener las primeras ideas sobre las que trabajar. Se divide el proyecto en partes: vehículo, asiento, seguridad y vía. A cada una se le aplica la técnica de creatividad que más opciones interesantes produce para ese elemento determinado, siempre teniendo en cuenta si se analiza la utilidad o la estética del mismo, mediante un proceso de selección argumentado se obtiene un diseño conceptual inicial.

Diseño formal Ahora que tenemos el diseño inicial de cada componente, se quiere llevar esta idea a la práctica. Se aplicarán análisis dinámicos para dimensionar los componentes implicados. Se comprobará que las fuerzas que soporta el usuario en la atracción quedan dentro de normativa. También se suavizará el movimiento del vehículo sobre la vía, consiguiendo la mayor fluidez posible. En cuanto a los asientos, se les asignarán los materiales más ligeros posibles, pero a su vez resistentes. También se diseñará la conexión de las ruedas con el vehículo, calculando cada elemento para que resista las cargas necesarias. Tras este proceso de cálculo de los elementos, se debe modelar mediante un software de CAD, SolidWorks. Mediante el ensamblaje resultante se generarán los planos necesarios para la producción de la atracción.

Producción Con los planos acabados, se debe completar cierta documentación referente al producto. En primer lugar, se realizará un presupuesto, estimando el coste de los materiales y de los procesos de fabricación que conlleva el producto. Hay que tener en cuenta que a la hora del montaje de la atracción nuestros usuarios serán los operarios y el personal de mantenimiento. Para ellos irá dirigido el manual de instrucciones y de mantenimiento. Además se hará una valoración de riesgos en referencia al uso de la atracción.

Producto final Por último, se hará una presentación del producto final ilustrado con imágenes fotorealísticas. Se plantea la posibilidad de creación de una marca asociada a la montaña rusa, una denominación que se identifique con su estética. Además, se investiga la presentación de un vídeo de la experiencia del usuario en la atracción mediante animación 3D.

CRONOGRAMA DIAGRAMA DE GANNT Para realizar cada una de las etapas anteriormente descritas se ha seguido la siguiente planificación. Febrero

Bloque 0: Planificación Introducción y cronograma

Bloque 1: Análisis previo Introducción Evolución histórica Legislación y normativa Análisis morfológico del prod. Prop.intelectual y fabricantes Trabajo de campo

Bloque 2: Dis. conceptual Brainstorming: Vehiculo SCAMPER: Asientos Multicriterio: Seguridad C. Morfológicos: Vía

Bloque 3: Diseño formal Predimensionado de la vía Materiales del asiento Estudio software CFD Ruedas vehículo Solución formal vía Modelado 3D Planos

Bloque 4: Producción Presupuesto Manual de instrucciones Mantenimiento Valoración de riesgos

Bloque 5: Producto final Presentación del producto

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

BLOQUE 1 ANÁLISIS PREVIO

Introducción Evolución histórica Legislación y normativa Clasificación Elementos principales Diseño del vehículo Infraestructura Propiedad intelectual Fabricantes Trabajo de campo Design Brief

INTRODUCCIÓN LA INDUSTRIA DEL OCIO Para entender la finalidad de una montaña rusa debemos ponernos en contexto: una montaña rusa carece de sentido fuera del parque de atracciones correspondiente. Actualmente los parques de atracciones más visitados son los grandes parques temáticos, atractivos para todos los públicos, tanto familias con niños como gente joven, o simplemente para apasionados de las montañas rusas.

Parques temáticos The Economics Research Associates (ERA) define un parque temático como un espacio turístico cerrado que contiene atracciones y / o muestra un ambiente temático, ofrece el pago de un ticket único para sus huéspedes y atrae al menos 500.000 visitas anuales. Las atracciones, los edificios de espacios recreativos, los restaurantes de diferentes comidas y otros están normalmente organizados alrededor de temas o unifican ideas como específicos periodos en la historia o una particular región geográfica. El tema principal es crucial para el funcionamiento de los parques ya que crean un sentimiento de entorno con un decorado que contrasta con la vida diaria. Se puede hacer una distinción entre parques temáticos comerciales, los cuales se describen por los elementos de temática y entretenimiento mencionados, y museos exteriores o parques temáticos históricos, que son menos comerciales y hacen énfasis en la preservación de la herencia histórica y la educación del público. El parque de atracciones más antiguo del mundo (1583) es "Bakken" en Klampenborg, al norte de Copenhague, que todavía está en funcionamiento. En EEUU, las ferias y exposiciones mundiales indujeron una expansión real del negocio del parque de atracciones. Un parque temático incluye una combinación de atracciones que se pueden clasificar en varias categorías: atracciones de thriller, montañas rusas, atracciones en familia, atracciones acuáticas o atracciones de interior. Gran parte de los ingresos de los parques temáticos está en las entradas, que suelen superar los 30 €, aun habiendo descuentos para niños y mayores. Una vez conocido el escenario en el que las montañas rusas funcionan, se hará una definición general del producto que se quiere diseñar.

¿Qué es una montaña rusa? A grandes rasgos, una montaña rusa es un tipo de atracción consistente en un sistema de raíles que forman una o varias vías que suben y bajan en circuitos diseñados específicamente. Por esos raíles se deslizan vagones en los cuales viajan los pasajeros convenientemente sujetos. Los coches ascienden la 18

primera colina impulsados por un motor y luego descienden por efecto de la gravedad, provocando una aceleración con el objetivo de divertir y asustar a los pasajeros. En el descenso puede haber una o varias inversiones. Entre ellas, la más conocida es el looping vertical, que deja a los viajeros cabeza abajo por un corto espacio de tiempo. La mayoría de montañas rusas tienen coches para dos, cuatro, seis, ocho o incluso veinte pasajeros cada uno. El conjunto de todos los coches unidos es un tren. La pista puede no definir un circuito cerrado, en ese caso se habla de montaña rusa tipo shuttle, aunque algunos no la consideren como una montaña rusa. La montaña rusa debe su nombre a las diversiones desarrolladas durante el invierno en Rusia, donde existían grandes toboganes de madera que se descendían con trineos deslizables sobre la nieve. Irónicamente, los rusos lo llaman Amyerikánskiye gorki o "montaña americana". Fueron también conocidas en Francia, donde agregaron los carros de tren a vías en desuso y, finalmente, llegaron a Estados Unidos, donde se les llaman roller coasters, y son una popular atracción diseñada para ferias, parques de atracciones y parques temáticos.

Inspiración del diseñador: hypercoaster Hypercoaster es un término ambiguo que designa una montaña rusa de gran tamaño. Se utiliza principalmente para referirse a una montaña rusa con una caída inicial de aproximadamente 61 m o a grandes montañas rusas con una gran colina ascensor y que su principal objetivo es crear grandes velocidades. Las grandes inversiones se dejan atrás, para centrarse en la sensación de airtime. El término airtime se refiere al tiempo en el cual los usuarios de una montaña rusa tienen la sensación de peso cero y fuerzas G negativas. Normalmente se consigue cuando el tren viaja por una colina a alta velocidad. El airtime es el resultado de los efectos de la inercia en el tren con los usuarios: a medida que el tren va sobre la colina este hace una transición de ascendente a descendente guiado por raíles, la inercia de los usuarios causa que estos asciendan momentáneamente, haciendo que los usuarios se separen de sus asientos. La duración del airtime en una colina particular depende de la velocidad del tren, la gravedad y el radio de la vía en la transición de ascendente a descendente. Para el diseño de la montaña rusa de este proyecto se buscará una morfología que combine la búsqueda del airtime perfecto, sin embargo, se pondrán sobre la mesa otras ideas gracias a las técnicas de creatividad que se apliquen. El concepto de hypercoaster será la base para el diseño final, sin embargo se estudiarán otras posibilidades de vía en función de los resultados en el análisis del producto y la aplicación de técnicas de creatividad sobre la vía.

EVOLUCIÓN HISTÓRICA UNAS CUANTAS EFEMÉRIDES… Las montañas rusas han sido un pasatiempo emocionante durante muchos años. Actualmente más de 300 millones de personas visitan parques de atracciones todos los años. En ellos, la atracción más visitada es la montaña rusa. La montaña rusa moderna proviene de Rusia tal como su nombre indica. Los rusos se divertían descendiendo en trineo de colinas de hielo muy empinadas, estos trineos fueron después adaptados para ser utilizados también en el verano al añadírseles ruedas. El mundo se ha estado “deslizando” desde entonces. En las siguientes páginas se muestran los hechos más relevantes de la historia de las montañas rusas planteados en forma de línea del tiempo.

Un lugar en el mercado

1900 Al llegar el siglo XX, Coney Island ya se había hecho un nombre por sí mismo con Loop the loop, una montaña rusa que contó con dos pequeños bucles seguidos. Muchos de los visitantes prefieren quedarse sin subir para evitar los dolores de la inversión de giro.

Iconicidad

1927 Dos años más tarde, en 1927, Coney Island debutó con su propia versión de The Cyclone. La atracción se ha convertido en icono tanto como el parque de atracciones de Brooklyn en sí mismo. Representa el avance y la expansión de las montañas rusas.

Antepasados

s. XV Los primeros precursores de los gigantes de acero fueron construidos de hielo. Registros que se remontan a los siglos XV y XVI de Rusia indican que se construyeron toboganes de hielo para el público durante los festivales que tienen lugar en Moscú y San Petersburgo. Estas rampas podrían tener fuertes caídas en ángulo de 50 grados. El más alto podría haber llegado a 22 metros de altura.

La primera montaña rusa

1817 La primera montaña rusa irrumpió en la escena en 1817, en París. Fue conocida como Promenades-Aériennes, o The Aerial Walk. Los pasajeros subían unas escaleras para montar un trineo con ruedas y descender los 18 m de la pista a una velocidad de 6,5 km/h.

Coney Island

1884 La montaña rusa de París fue el único referente hasta 1884, cuando Coney Island dio a conocer su proyecto de atracción. El estilo de trayecto de ida y vuelta fue diseñado por LaMarcus Thompson en homenaje a los sistemas ferroviarios. Alcanzó una velocidad máxima de 10 km/h.

Altura 30 metros

1925 Un par de décadas más tarde, en 1925, una montaña rusa en Massachusetts conocido como The Cyclone consigue otra hazaña. Fue la primera montaña rusa en llegar a los 30 metros de altura.

Primer looping

1976 La innovación de Disneyland marcó un punto de inflexión para la anatomía de la montaña. En 1976, Six Flags Magic Mountain en Valencia, California, inauguró Revolution, la primera montaña rusa moderna con un looping.

4 inversiones

1980 De repente, todos los parques temáticos exigían tener su propia montaña rusa con loopings, y con uno no era suficiente. En 1980, Carolina Cyclone abrió en Carowinds, Charlotte. Fue la primera en tener cuatro inversiones.

Montaña rusa invertida

1990 En la década de 1990 el público de atracciones se había cansado de loopings y de las grandes alturas. Así que en 1992 Six Flags Great America, en Gurnee, Illinois, abrió Batman: The Ride. Los usuarios se sentaban debajo de los raíles con sus piernas balanceándose al viento. Este tipo de montañas rusas se denomina invertida.

160 km/h

1997 Un año más tarde, Australia’s Dreamworld Amusement Park abrió Tower of Terror II, una atracción en forma de L que llegaba a velocidades de 160 km/h. Fue la primera montaña rusa en alcanzar esa velocidad.

95 metros de altura

2000 Cedar Point rompió su propio récord de montaña rusa más alta en el año 2000 con Millennium Force. Se levanta 95 metros de altura con 80 grados de inclinación, llegando a 150 km/h.

Tubular

1959 Disneyland lanzó la primera montaña rusa con raíles tubulares de acero en 1959, con Matterhorn Bobsleds. Su tecnología establece el estándar de cómo las futuras montañas rusas llevarían a los pasajeros.

60 metros de altura

1989 La altura era todavía un gran problema. Cedar Point abrió Magnum XL-200 en 1989, llamado así por ser la primera atracción en llegar a los 61 metros. .

Motor lineal de propulsión

1996 Otra innovación tecnológica surgió en 1996, con Kings Dominion’s Flight of Fear. Fue la primera montaña rusa en utilizar un motor lineal de propulsión, una técnica que se utiliza a menudo en los trenes. Elimina la necesidad de una rampa de elevación de vagón mediante cadenas.

Duelo de montañas rusas

1999 Justo antes del cambio de milenio, Islands of Adventure en Orlando abrió Dueling Dragons, la primera atracción invertido con duelo entre atracciones. Los adictos a la adrenalina ahora podían hacer carreras contra otros usuarios.

90 grados de inclinación

2001 Japón rápidamente eclipsó el logro de Cedar Point en 2001 con Dodonpa. Fue la primera caía de 90 grados en el mundo.

Giro horizontal de asientos

2002 En 2002, Magic Mountain’s X Coaster fue la primera montaña rusa cuyos asientos giraban horizontalmente. Mientras los usuarios salían disparados, sus asientos se revolvían salvajemente.

140 metros de altura

2005 Kingda

Six

Flags

Great

Adventure

superó

rápidamente Top Thrill Dragster en 2005. Llega a los 140 m de alto y necesita condiciones atmosféricas casi ideales para estar en funcionamiento.

240 km/h de velocidad

2010 En 2010, en Abu Dhabi, se construyó el actual poseedor del récord mundial de la montaña rusa más rápida. Fórmula Rossa, ubicado en el Ferrari World, alcanza 240 km/h en tan sólo 4 segundos.

Inversiones

2013 En medio de esta carrera de altura e inclinación, otro parque volvió a centrarse en las inversiones. En 2013, Alton Towers en Inglaterra abrió The Smiler, la primera montaña rusa con 14 inversiones.

90 grados de inclinación

2003 El gran logro de Cedar Point llegó en 2003 con Top Thrill Dragster. Llegaba a los 130 metros de altura, siendo la primera atracción en superar los 120 metros. Diseñado a imagen de una carrera de coches, llega a una velocidad máxima de 195 km/h en el despegue.

100 grados de inclinación

2009 A pesar de las muchas innovaciones que han tenido lugar en los Estados Unidos, Reino Unido logró en 2009 el récord con Saw: The Ride. Fue la primera montaña rusa con 100 grados de caída libre, en el que el usuario descendía por detrás de su punto de lanzamiento.

121 grados de inclinación

2011 Tras Saw: The Ride, la respuesta a su caída libre extrema por parte de empresas japonesas se produjo en 2011 con Takabisha. Su descenso llega a los 121 grados de inclinación.

Skyscraper

2018 Hoy en día, la competición en busca de la montaña rusa mayor y más rápida sigue en curso. Para 2018, Orlando está construyendo Skyplex Complex, con su atracción estrella Skyscraper. Con 175 metros de altura, será la montaña rusa más alta del mundo. Por cuánto tiempo, nadie lo sabe. 25

LEGISLACIÓN Y NORMATIVA LICENCIA DE UNA ATRACCIÓN DE FERIA Para buscar la normativa necesaria, se han tenido como referencia los documentos necesarios para obtener una licencia de instalación de una atracción de feria. Para seguir un esquema ordenado se ha decidido que la localidad de instalación sea Barcelona. Sus requisitos serán desarrollados detalladamente.

Licencia para atracción de feria en la vía pública https://w30.bcn.cat/APPS/portaltramits/portal/channel/default.html?&stpid=20140001143&style=empres a Siguiendo el reglamento aprobado en el Decreto 112/2010 el ayuntamiento de Barcelona fija las siguientes pautas para obtener la licencia para instalar una atracción. La legislación del el ayuntamiento es la siguiente:

Ley 3/2010, del 18 de febrero, de

Ley 11/2009, del 6 de julio, de

prevención y seguridad en materia

regulación administrativa de los

de incendios en establecimientos.

espectáculos

públicos

las

actividades recreativas.

Decreto 176/2009, de 10 de

Decreto 112/2010, de 31 de

noviembre,

agosto,

aprueba

aprueba el Reglamento

Reglamento de la Ley 16/2002,

actividades recreativas.

protección

contra

espectáculos

públicos

contaminación acústica. Decreto 344/2006, de 19 de

Ley

10/2011,

septiembre, de regulación de los

diciembre,

estudios de evaluación de la

mejora de la regulación normativa.

simplificación

de y

movilidad generada.

Ley 22/2010, de 20 de julio, del Código de consumo de Cataluña.

Formulario https://w9.bcn.cat/tramits/viapublica/FE05_Atraccions_caballitos.pdf https://w9.bcn.cat/tramits/viapublica/Sol_SOAP1000_15000.pdf

Certificados necesarios: - Certificado de homologación de las atracciones (declaración de conformidad CE o documentación técnica de adecuación acreditativa) - Certificado de la revisión anual de la instalación, emitido por el técnico competente o instalador especialmente capacitado. - Certificaciones técnicas específicas correspondientes a los montajes e instalaciones efectuadas en el lugar de emplazamiento por el personal técnico de los titulares de las atracciones, en el que debe constar que el conjunto de la atracción funciona correctamente.

Normativa

Diseño y montaje

UNE EN 13814:2006. Maquinaria y estructuras

Certificado de homologación de

Seguridad. Anula a: UNE 76601:2001

las atracciones (declaración de

http://www.aenor.es/aenor/normas/normas/fich

conformidad

anorma.asp?tipo=N&codigo=N0037185#.WKs

documentación

para

técnica

parques

ferias

atracciones.

NzPk19PY

adecuación acreditativa). Certificado de la revisión anual de la instalación, emitido por el técnico competente o instalador especialmente capacitado. Certificaciones

técnicas

específicas correspondientes a los

montajes

efectuadas

instalaciones el

lugar

Quién lo certifica El cumplimiento de la normativa la realizan los equipos técnicos de mantenimiento y operación de los parques a diario y también una Entidad independiente de Control e Inspección (OCA) homologada,

que

realizan

inspecciones

periódicas.

emplazamiento por el personal técnico de los titulares de las

Formulario

atracciones, en el que debe

Consulta con la empresa contratada

constar que el conjunto de la atracción

funciona

correctamente.

Los parques de ocio están obligados a realizar paradas técnicas con periodicidad anual, en las que sus atracciones y áreas de juego deben someterse a una inspección exhaustiva que culmine en su certificación conforme, entre otras, a la normativa UNE-EN 13814:2006, relativa a "Maquinaria y estructuras para ferias y parques de atracciones". TÜV SÜD ATISAE realiza la inspección y control de las atracciones de los principales parques de ocio del país. Estos trabajos son de diversos tipos: Inspección eléctrica

Equipos de seguridad o componentes relacionados.

Pruebas funcionales (paradas de emergencia, pérdida de potencia, etc).

Piezas relacionadas con la seguridad del sistema de control.

Tiempos de ciclo según el primer informe de inspección (certificación inicial de la atracción) y de información del fabricante (manual del fabricante).

Mediciones de aislamiento del material eléctrico.

Comparación de la instalación con el primer informe de inspección (certificación inicial de la atracción) y el manual del fabricante.

Revisión de los informes de mantenimiento diario, semanal, mensual y anual y comparación con las instrucciones del fabricante y las autoridades locales.

Revisión de las Cartas de Servicio del fabricante de la atracción. Comparación con los procedimientos de mantenimiento diario, semanal, mensual y anual.

Inspección mecánica -

Equipo de seguridad o componentes relacionados.

Pruebas funcionales (neumáticas, hidráulicas, etc.).

Revisión parcial de estructuras: partes relacionadas con la seguridad.

Comparación de la instalación con el primer informe de inspección (certificación inicial de la atracción) y el manual del fabricante.

Revisión de informes de mantenimiento diario, semanal, mensual y anual comparándolos con las instrucciones del fabricante y las autoridades locales.

Pruebas de aceleración en montañas rusas y simuladores.

Revisión de las pruebas obligatorias de Ensayos No Destructivos de las estructuras y chasis o entrenadores.

Revisión de las Cartas de Servicio del fabricante de la atracción, comparándolas con los procedimientos de mantenimiento diario, semanal, mensual y anual.

Realización de los Ensayos No Destructivos necesarios por exigencias de la norma o el manual del fabricante o a petición de los técnicos.

Entornos -

Comprobación de las áreas de delimitación de la atracción.

Revisión de la información de la atracción (restricciones de altura, etc), según el manual del fabricante y las autoridades locales.

Entrada, salida y zonas para hacer cola.

Revisión del personal mínimo requerido por la atracción (manual de operación).

Legislación RD 842/2002: Reglamento electrotécnico de

Baja tensión

baja tensión

Certificado de legalización de la

https://www.boe.es/diario_boe/txt.php?id=BOE

instalación

-A-2002-18099

eléctrica

Baja

Tensión (modelo emitido por el

DECRETO

Departamento

administrativo para la aplicación del Reglamento

Trabajo

363/2004:

Procedimiento

Industria para atracciones de

electrotécnico de baja tensión

feria ambulantes con instalación

http://portaljuridic.gencat.cat/ca/pjur_ocults/pjur

eléctrica

_resultats_fitxa/?action=fitxa&documentId=3671

propia,

certificación

77&language=ca_ES&textWords=842%2F2002

anual)

&mode=single

Quién lo certifica Entidad Colaboradora de la Administración

Formulario http://www.gencat.cat/ogu/impresos/baixatensi o.htm

Legislación

Contra incendios

Ley 3/2010: Prevención y seguridad en materia de incendios en establecimientos, actividades,

Certificado de revisión de las

infraestructuras y edificios.

instalaciones

http://portaljuridic.gencat.cat/ca/pjur_ocults/pjur

contra incendios.

protección

_resultats_fitxa/?documentId=547998&action=fit xa RD 1942/1993: Reglamento de instalaciones de protección contra incendios https://www.boe.es/boe/dias/1993/12/14/pdfs /A35159-35168.pdf

Quién lo certifica Entidad Colaboradora de la Administración

Formulario Contactar con la entidad acreditadora http://interior.gencat.cat/web/.content/home/03 0_arees_dactuacio/bombers/prevencio_d_ince ndis/contingut_de_la_documentacio_tecnica/do cuments/Annex-3-Certificat-adequaciomesures-prevencio-SP09.doc

Por norma general, los requisitos entre ayuntamientos son similares. La legislación que rige la licencia también se asemeja, sin embargo, hay ciertos ayuntamientos en España donde también se requieren los siguientes certificados. Legislación Decreto 195/2007: Condiciones generales para

Estructura Certificado

la celebración de espectáculos públicos y seguridad

solidez de la estructura

actividades recreativas de carácter ocasional o extraordinario. http://www.juntadeandalucia.es/boja/2007/137 /1 Quién lo certifica Entidad acreditada Un ejemplo: http://www.ipuc.cat/certificat-o-informe-desolidesa/ Formulario Contactar con la entidad acreditadora

CLASIFICACIÓN ¿QUÉ TIPOS DE MONTAÑA RUSA HAY? Toda montaña rusa se clasifica en dos tipos: madera o acero. La diferencia primordial es el material con el que están construidos los raíles, no los soportes. Generalmente, las montañas rusas de acero se caracterizan por tener la vía formada por dos raíles tubulares de acero. Las vías de las montañas rusas de madera están formadas por madera laminada. Hay ventajas e inconvenientes para la construcción de cada tipo. De acuerdo con the Roller Coaster DataBase hay aproximadamente 4317 montañas rusas operando en todo el mundo actualmente. De estas, solo 181 (4,19 %) se clasifican como montañas rusas de madera. Las montañas rusas de acero suelen estar normalmente fabricadas completamente de acero, incluyendo los raíles y los soportes, pesando en total hasta miles de toneladas. Los raíles tubulares se forman calentando y luego doblando permanentemente tuberías de acero hasta conseguir la forma deseada. La dificultad reside en las condiciones en las que el metal se dobla, se necesita que el material este en su punto más débil o donde la mayor fuerza posible se pueda aplicar en un intervalo de tiempo. Para que una atracción sea lo más suave posible los raíles tienen que ser extremadamente precisos, llegando a la décima de milímetro. Por esta razón los fabricantes de las vías mantienen secreto el proceso de doblado de las tuberías. Sin embargo, este proceso puede provocar un significante esfuerzo de fatiga en el material del tubo. La vía tiene que soportar cargas estáticas durante la construcción e instalación y cargas dinámicas a medida que el tren circula sobre él. Durante la vida de la montaña rusa, los esfuerzos debidos a las cargas anteriormente nombradas sumadas con el estrés provocado en la manufactura, provocan la necesidad de reemplazo de la tubería, siendo un proceso caro. Muchas de las antiguas montañas rusas de acero se han cerrado, derribado y vendido como chatarra, o cerrado para una larga rehabilitación en la cual toda la pista original es reemplazada por completo. Técnicamente, incluso las montañas rusas de madera son realmente “steel coasters” ya que sus ruedas circulan por bandas de acero. Esta vía de acero se apoya encima de una pila de ocho piezas de madera. Dicha pila es la que define la atracción como montaña rusa de madera. Las dos piezas de madera superiores son más anchas que el resto de la pila de manera que las ruedas de seguridad puedan circular por debajo de ellas evitando que el vehículo se salga de la vía.

Para ahorrar costes, la vía de acero se usa debajo de los tablones solo cuando es absolutamente necesario. En lugares de la vía como valles o depresiones los tablones se dejan sin recubrir de acero ya que las ruedas de seguridad no tienen oportunidad de tocar la vía. Para evitar que los coches se inclinen en las curvas, normalmente hay un pequeño espacio que permite un movimiento de hasta 7 mm entre las ruedas guía y la pieza metálica que protege el interior de las dos piezas superiores. Las vías de montañas rusas tradicionales son ensambladas en el lugar de construcción por carpinteros que tienen que montar el sistema a la vez que lidiar con los fenómenos meteorológicos. Las tablas de madera laminada se apilan. Después los raíles de acero son atornillados a su capa superior. La madera más utilizada para la construcción de montañas rusas es el pino amarillo del sur ya que tiene buena ratio fuerza-ductilidad. Una herramienta llamada “regla de vía” se usa para asegurar que los raíles de la vía están a la distancia exacta uno del otro.

Mantener un espacio adecuado entre raíles asegura que el tren no da bandazos, de manera que los pasajeros tienen un viaje suave y agradable mientras el mantenimiento es más sencillo debido a un menor deterioro por uso. La estructura de soporte de las montañas rusas de madera está construida por tablas de 100x200 mm que están atornilladas entre sí formando pórticos. Las tablas horizontales y diagonales son atornilladas a los pilares para formar dichos pórticos, luego son arriostrados mediante travesaños y diagonales. En la curvas, para resistir las fuerzas de inercia, los pórticos se multiplican hasta conseguir un canto suficiente. Una obra de este tipo requiere un mantenimiento costoso y regular. Se debe dedicar un equipo a la revisión y reparación de la estructura de forma.

Las estructuras de las montañas rusas de madera están diseñadas para que se balanceen varios centímetros cuando el tren pasa, especialmente en curvas cerradas y lugares donde el tren sufre grandes aceleraciones. La estructura tiene que poder flexionarse para evitar que se fracturen los elementos. Se dice que nunca se acaba de construir una montaña rusa de madera. La madera que soporta la vía normalmente tiene que ser reemplazada cada cuatro a siete años. Las montañas rusas de madera tienen tolerancias relativamente altas y pueden desviarse del diseño deseado a través del tiempo debido a la fabricación manual y los procesos de mantenimiento. Estas desviaciones y grandes tolerancias combinadas con la poca precisión de los trenes de las montañas rusas de madera a menudo se convierten en atracciones bruscas y llenas de baches. Las montañas rusas de madera requieren anualmente grandes cantidades de tiempo y dinero para mantener a la atracción en las mejores condiciones de operación a través de nuevas vías, lubricación de la vía y mantenimiento.

Wood vs Steel El eterno debate entre los apasionados de las montañas rusas es ¿montaña rusa de madera o de acero? Mientras las montañas rusas de acero pueden dar una atracción suave, las de madera son más salvajes y proporcionan sensación de estar fuera de control. Las montañas rusas de acero están diseñadas de manera muy precisa con tolerancias ajustadas, teniendo como resultado una experiencia mucho más controlada. Pueden intercalar elementos de alta aceleración, complejas inversiones, tendiendo a ser más altas y rápidas. Todas estas ventajas tienen un precio, haciendo que el coste inicial de una montaña de este tipo sea bastante mayor que el de una montaña rusa de madera. Sin embargo, al largo plazo, una montaña rusa de madera puede acabar costando más debido a sus requerimientos de mantenimiento intensivo.

Hoy en día, una montaña rusa grande de acero tiene un coste inicial medio de aproximadamente veinte millones de dólares, mientras que una montaña rusa de madera supondrá al parque de atracciones 10 millones, sin la temática incluida. Para mantener los costes al mínimo, es deseable reutilizar el mayor número de componentes de una montaña rusa para la siguiente. En una montaña rusa de acero, cada soporte es único y diseñado específicamente para la atracción en concreto. Así, los fabricantes buscan vender el mismo diseño de montaña rusa de acero a múltiples parques temáticos. Las atracciones de madera diseñadas por la misma compañía comparten una estructura de soporte similar. Se pueden construir diseños únicos reutilizando las piezas standard de madera y los conectores una y otra vez. Cuantos más componentes están estandarizados, más económica es la atracción. También es menor el tiempo de diseño que requiere. 35

Recientemente, la línea entre las atracciones de acero y de madera se ha ido difuminando, especialmente con la utilización de segmentos de vía de madera prefabricados. Algunos fabricantes, como Intamin, prefabrican industrialmente segmentos de vía que pueden ser enviados al lugar de construcción de la atracción. Después son montados en las estructuras de soporte, similares a las de una montaña rusa de acero moderna. Los raíles pueden ser fresados con formas muy precisas y con tolerancias muy ajustadas, no solo mejorando la experiencia de la atracción y la vida de servicio sino reduciendo el tiempo de construcción. Las secciones de vía se fijan a cada portal, creando un sistema más rígido en contraposición a la tradicional montaña rusa de madera, que se apoya más libremente en la estructura. De hecho, la atracción se vuelve tan suave que los expertos discuten si este tipo de atracciones han dejado de ser montañas rusas de madera para clasificarse como una atracción completamente diferente.

El Toro en Six Flags Great Adventure, diseño de Intamin. Rocky Mountain Construction ha desarrollado una nueva tecnología llamada “topper track” donde las dos piezas superiores de la pila de la montaña rusa son reemplazadas con acero y rellenada con una argamasa de hormigón. Uno de estas montañas rusas híbrida abrió en 2013 en Silver Dollar City. Outlaw Run hace tres inversiones, primera vez desde que en 2006 se retirara el loop metálico de Son of Beast. También en 2013, Hades en Mount Olympics fue renovado por Gravity Group para añadir una inversión de sacacorchos. La pila en Hades es toda de madera pero la estructura de soporte para la vía está completamente fabricada en acero.

Más información: http://coasterforce.com/rmc/

Elección de tipo de montaña rusa Debido a la versatilidad de diseño que proporciona una montaña rusa de acero, se ha decido que el objetivo de este proyecto sea una atracción de dicho tipo. El siguiente análisis se centrará en las características referentes a montañas rusas de acero,

ELEMENTOS PRINCIPALES PARTES DE LA ATRACCIÓN Mecanismos de elevación ·

Colina ascensora

¿Cómo alcanzan las montañas rusas su punto más alto? La colina ascensora es el método tradicional de arrastrar el vehículo hasta la cima de la colina más alta. Un gancho en la parte inferior del tren llamado dog chain se introduce en una cadena que corre a través de un canal fijo al centro de la vía.

Un motor eléctrico acciona la cadena tirando del vehículo hasta la parte superior de la colina más alta, donde su energía potencial es la mayor de todo el recorrido. A veces, en las montañas rusas de acero, la cadena es guiada en un perfil de plástico con dos desniveles para evitar que roce contra el canal de acero y se desgaste.

Casi todos las atracciones están equipadas con unidades de lubricación automática para aplicar lubricante periódicamente a la cadena para reducir fricción, haciendo que se deslice fácilmente por el canal. El sonido clack-clack-clack que se escucha cuando el tren de una montaña rusa sube la colina ascensora es debido a una característica de seguridad conocido como el anti-rollback dog (ARB dog), 39

también conocido como trinquete. Este dispositivo se bloquea en un escalón montado en la colina de ascensión, en caso de fallo en la cadena sujetará el tren entero de forma segura en su lugar.

KEY Roller coaster track Anti-rollback device Roller coaster train Anti- rollback device (on train)

Dependiendo de la longitud del tren, la mayoría de las atracciones están equipados generalmente con tres trinquetes antiretroceso de seguridad, de manera que una posible reversión del movimiento del tren está limitado a aproximadamente un tercio del paso, o distancia entre los dientes del trinquete de seguridad. Actualmente, muchos parques temáticos desean que sus atracciones sean lo más silenciosas posible, para mantener a los vecinos contentos o para no arruinar la experiencia temática. Como resultado, los fabricantes utilizan “silenciadores” como recubrimientos al final del ARB con uretano o capas plásticas como forma simple y barata de disminuir el sonido metálico del sistema. Otros usan mecanismos más complicados con rieles y ejes o incluso imanes. Un ingeniero debe estudiar docenas de catálogos de productos y tener interminables charlas con potenciales proveedores antes de encontrar la cadena perfecta para la atracción específica. Factores como la resistencia y el coste deben ser considerados. Se producen roturas después de años de servicio y en atracciones más altas hay ganchos en el canal de la cadena para evitar que la cadena se resbale hasta el suelo formando una pila gigante y caótica. Una reciente variación de la cadena es el cable ascensor. Este sistema permite una más rápida e inclinada colina de ascensión. Normalmente es más silencioso porque los dispositivos ARB son retirados 40

electromagnéticamente cuando el tren pasa y automáticamente cerrados cuando ha terminado de pasar. El cable está conectado a un coche-gancho que sube por su propia guía en el centro de la vía. El coche-gancho se une por debajo del vehículo, de manera que el vehículo es arrastrado hasta la cima de la colina cuando el cable es enrollado en un tambor gigante. Millennium Force en Cedar Point utiliza un cable elevador para arrastrar rápidamente los nueve trenes por la colina de ascensión de 95 metros en 22 segundos.

Elevador vertical

Un pequeño porcentaje de las montañas rusas usa elevadores verticales para obtener la mayor cantidad de energía potencial. Estos elevadores especiales suelen levantar un pedazo de la pista en línea recta hasta el punto donde se une a la gran caída u otros elementos siguientes. Este arreglo se utiliza principalmente para ahorrar espacio o para proporcionar una experiencia única en una atracción. The Lost Coaster en Indiana Beach es un perfecto ejemplo de una atracción que utiliza un elevador vertical.

Elevador en espiral

Los elevadores de espiral eléctricos difieren en que los propios vehículos contienen pequeños motores eléctricos de tracción para tirar de los trenes de la colina. Los coches se unen con un carril electrificado en el centro de la colina de elevación que proporciona potencia a los motores. Para mantener el peso en la parte de abajo los motores tienen que ser pequeños, así que es poco práctico para subir colinas empinadas. Por ello para utilizar este sistema el camino que recorre el tren es en espiral para minimizar el grado de inclinación. Este sistema emplea dispositivos de antiretroceso, como cualquier otra montaña rusa y una vez en la cima de la colina, el tren se desengancha del carril electrificado y la gravedad toma el control. Whizzer en Six Flags Great America usa un ascensor eléctrico espiral.

Hay otro sistema de colina ascensora, se denomina Push Spiral Lift y la vía también está configurada como una espiral ascendente. Sin embargo, a diferencia de los elevadores eléctricos no hay motores conectados a los coches. En este caso, los vehículos son literalmente "empujados" hacia arriba en la espiral de la colina ascensora. Una estructura central que rota dentro de unas vías espirales hace contacto con una rueda en un brazo conectado al vehículo. A medida que la estructura rota, los brazos con ruedas van subiendo por la estructura hasta que alcanza la cima. Aquí el vehículo se separa de la 42

estructura de rotación y la gravedad vuelve a tomar el control. Esta tecnología se encuentra en las montañas rusas de Zamperla “Volare”, un ejemplo es Soarin' Eagle (antes conocida como Flying Coaster en Elitch Gardens).

Elevador de noria

Otro dispositivo muy inusual para llevar al vehículo a su punto más alto es elevador de noria. Uno de estos fue construido en Freestyle Music Park (ahora cerrado y anteriormente llamado Hard Rock Park) en Myrtle Beach, Carolina del Sur. Un solo coche sale de la estación y se coloca en un corto tramo de vía en el interior de un anillo que rota dentro de una noria. Mientras la noria completa la mitad de su rotación, el segmento de vía se queda horizontal siempre gracias al anillo. Tras llegar a la cúspide el vehículo es empujado a alta velocidad.

Otros métodos de elevación

Al principio, las colinas ascensoras fueron construidas en una línea recta y con un ángulo entre veinte y treinta grados de inclinación. Había muy pocas variaciones y todas parecían casi idénticas. Hoy en día, las colinas ascensoras tienen diversas formas, tamaños y ángulos. Maurer Söhne construye colinas ascensoras con formas increíbles incluyendo algunas del revés. En G-Force, en Drayton Manor, los usuarios son elevados hasta la primera mitad de un looping vertical. Tras ser liberados de la extraña colina de ascensión, los vehículos finalizan el bucle y completan el resto de la montaña por un retorcido circuito.

Sistemas de lanzamiento Los sistemas de lanzamiento son una emocionante alternativa a los tradicionales mecanismos de elevación, más lentos. Aparte del tiempo necesario, otras limitaciones como las restricciones de altura o el espacio de construcción limitado puede que obliguen al parque de atracciones a elegir un sistema de lanzamiento frente a una colina ascensora enorme. La energía potencial se almacena en forma de electricidad o aire comprimido antes de que se transfieran al tren muy rápidamente a través de cables, sistemas neumáticos o imanes, y la convierta en energía cinética. Los diferentes tipos de sistemas de lanzamiento incluyen electroimanes, neumática, hidráulica, volantes de inercia, catapultas, etc. ·

Lanzamiento electromagnético

La propulsión electromagnética utiliza fuertes impulsos eléctricos para atraer o repeler las aletas magnéticas adheridas a los vehículos. El estator y el rotor están dispuestos en una línea (como oposición a un par de torsión o rotación) que produce una fuerza lineal y no contiene partes móviles. Este sistema de propulsión es bastante popular ya que ofrece un control muy preciso de la velocidad. La aceleración de la puesta en marcha es mayor al principio y muere rápidamente hacia el final de la puesta en marcha. Hay dos tipos de propulsión electromagnética utilizada en las montañas rusas: motores lineales de inducción (LIM) y motores lineales síncronos (LSM). Los motores lineales de inducción utilizan múltiples sets de electroimanes de alta potencia incluidos en la vía. Se deja un hueco entre cada conjunto y se aplica corriente alterna (CA) a los imanes para crear un campo magnético. Una aleta metálica conectada a la parte inferior del tren pasa a través del hueco entre los imanes, mientras que el campo magnético crea una onda que hace que la aleta se mueva, propulsando o ralentizando el tren. En 1996, the Flight of Fear en Kings Island se convirtió en la primera montaña rusa que usó LIMs.

Los motores lineales síncronos utilizan los principios básicos de magnetismo de la atracción y la repulsión. Imanes fuertes, permanentes, de elementos de tierras raras se incorporan al tren. Como con los LIMs, hay electroimanes fijos a la vía. Cuando el tren se aproxima a un imán de la vía, este imán atrae los imanes del tren, empujándolos hacia delante. Después de que el tren pase por encima del imán de la vía, el imán de la vía se invierte para repeler el tren de imán, empujando el tren una vez más. Varios conjuntos de electroimanes de la pista son accionados en secuencia, conmutando la polaridad muy rápido, usando ordenadores y electricidad, con el fin de propulsar el tren a la máxima velocidad. Un ejemplo de una atracción impulsada por un LSM es Superman: The Escape en Six Flags Magic Mountain in Valencia, California. También fue la primera montaña rusa en alcanzar velocidades de más de 160 km/h, a pesar de que la pista no es un circuito completo. Las unidades LIM y LSM son elegantes, robustas, y no requieren de mantenimiento extensivo debido a la falta de partes móviles. Sin embargo, conllevan un pico de gran consumo de potencia. Hay un valor límite de corriente que puede ser transmitido a un estator antes de alcanzar su máxima capacidad. La temperatura aumenta con la corriente. Ambas formas de motores lineales operan con un espacio de aire entre el estator y el rotor. El motor lineal síncrono puede operar con un mayor espacio de aire debido al campo magnético fijo en la “placa de reacción” (rotor). La máxima velocidad de lanzamiento es limitada por varios factores: por ejemplo, el espacio disponible para la vía de lanzamiento, el número de estatores y, en última instancia, la velocidad máxima. Los motores de la colina ascensora pueden ser dejados encendidos sin ningún problema, girando sin otra carga que la cadena. No se puede hacer lo mismo con los motores lineales de inducción. Si el motor se deja encendido podría sobrecalentarse y quemarse. Los LIMs deben encenderse justo antes de que el vehículo se aproxime y se apaga tan pronto como el vehículo pasa. Esto se logra a través de la precisión de los sistemas de control, un componente crítico de cualquier sistema de lanzamiento de montaña rusa. ·

Lanzamiento hidráulico

Los sistemas de lanzamiento hidráulico utilizan un coche de captura, llamado trineo, conectado a un cable que se une a un mecanismo conectado a la parte inferior del tren.

El coche se mueve en su propia vía o "canal" en el centro de la pista de lanzamiento. El motor hidráulico está situado en uno de los extremos de la pista de lanzamiento y el tren que espera a ser lanzado se encuentra en el otro extremo. Un símil sería una caña de pescar gigante que bobina un tren en muy rápido, antes de ser liberado.

Funciona de la siguiente manera: el líquido hidráulico se bombea en varios acumuladores hidráulicos (dispositivos de almacenaje de energía), que consta de dos compartimentos separados por un pistón. A medida que el líquido incompresible es bombeado en un compartimiento, un gas es comprimido en el otro. El nitrógeno en el tanque del acumulador empieza someterse a alta presión a medida que el aceite es bombeado al tanque. Una vez el nitrógeno es comprimido a una presión extremadamente alta, el bombeo para y el nitrógeno entre dentro de un cilindro.

En el lanzamiento, el fluido bajo presión de los acumuladores es utilizado para mover dieciséis o treinta y dos motores conectados a un engranaje interior. La potencia de todos estos motores es transmitida mediante un tren planetario a un tambor de grandes dimensiones y su cable. El tambor gira, enrollando rápidamente el cable que se une al “trineo” que se encuentra enganchado a la parte inferior del tren, acelerando a este último en cuestión de segundos. El tren es liberado del “trineo” y coge velocidad a través del resto del montaje, sin embargo, el “trineo” y el tambor deben decelerar rápidamente para volver a la posición inicial para lanzar el siguiente tren. Normalmente hay dos sensores instalados en la cima de la colina más alta, justo después de la vía de lanzamiento. La distancia entre los dos sensores es conocida, entonces el sistema de control toma este valor y lo divide por el tiempo que tarda el tren en llegar de un sensor al otro. Esto proporciona a un ordenador la velocidad a la que circula el tren cuando pasa por encima de la colina. Para todos los lanzamientos, la información es grabada y representada como una curva de rendimiento. El ordenador hace una media de la velocidad de los tres trenes anteriores y los compara con lanzamientos pasados para determinar la potencia que hay que suministrar al motor hidráulico. De esta manera, si los tres primeros trenes están medio vacíos y el cuarto va lleno, tendrá energía necesaria para mandar al tren más allá de la colina. Se considera que los sistemas de lanzamiento hidráulicos pueden proporcionar una mayor y más suave aceleración que los sistemas de propulsión electromagnéticos actuales. La aceleración de un sistema hidráulico se mantiene casi constante durante todo el lanzamiento. Sin embargo, el número de partes móviles hace que el sistema sea menos fiable que los sistemas magnéticos, que no contienen partes móviles. Los sistemas hidráulicos de lanzamiento proporcionan la máxima potencia y son compactos, sin embargo la unidad tambor/cable tiene un gran tamaño debido a las fuerzas y las velocidades. Fórmula Rossa en Ferrari World en Abu Dhabi, Emiratos Árabes Unidos es actualmente la montaña rusa más rápida del mundo gracias a su motor hidráulico, logrando una increíble velocidad de 240 km/h en 4,9 segundos.

Lanzamiento neumático

Los sistemas de lanzamiento neumáticos son muy similares a los hidráulicos, la mayor diferencia es que se comprime aire en vez de gas nitrógeno o aceite. La aceleración es casi constante, pero produce ruidos fuertes causados por el aire que silva. Los sistemas neumáticos son más simples técnicamente que los hidráulicos, pero también son menos potentes. Dodonpa en Fuji-Q Highland en Japón es capaz de acelerar los vehículos de 0 a 171 km/h en 1.8 segundos usando aire comprimido.

Otros modos de lanzamiento

Los sistemas de lanzamiento electromagnéticos, neumáticos e hidráulicos son las principales tecnologías de aceleración usadas actualmente, ya que son mucho más eficientes y potentes que los viejos sistemas de lanzamiento. El lanzamiento de catapulta conlleva un gran motor diésel para enrollar el cable para tirar del tren hasta que se acelera a su máxima velocidad. El lanzamiento por volante de inercia utiliza un gran volante que gira a alta velocidad y que está unido a un cable que propulsa el tren hacia delante. El lanzamiento con ruedas de fricción tiene una vía de lanzamiento que consiste en una serie de neumáticos horizontales que giran en direcciones opuestas. Empujan las aletas de metal en la parte inferior del tren, muy parecido al lanzador de bolas de tenis. The Incrediblee Hulk en Universal’s Islands of Adventure en Orlando, Florida, es un ejemplo perfecto de montaña rusa con lanzamiento con ruedas de fricción. Sin embargo, se necesita una gran cantidad de energía para acelerar un tren de 32 pasajeros de 0 a 64 km/h en 2 segundos. 49

Vertical Loops El encanto de las montañas rusas reside en su capacidad de desafiar la gravedad. Los loopings verticales son los elementos más comunes, a la vez que emocionantes, que se pueden encontrar en las montañas rusas de acero. Muy pocas sensaciones pueden igualar la emoción de colgar bocabajo a gran altura sin el peligro de caer.

Los primeros loopings, incluyendo el primero (1846, Paris), eran cĂrculos simples. Para hacer toda la vuelta sin ser arrastrados por la gravedad en la parte superior, los vehĂculos hacen el cĂrculo con fuerza y rĂĄpidez, haciendo que las cabezas de los pasajeros se hundan contra el apoyacabezas. La forma de un loop determina cuanta fuerza se siente en cada momento del giro. La intensidad de la fuerza de aceleraciĂłn es determinada por la velocidad del tren y el radio de la vĂa. đ??šđ??š = đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; Âˇ đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; = đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

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En la parte baja del loop, la fuerza de aceleraciĂłn propulsa al tren en la misma direcciĂłn que la gravedad. En la parte superior, la gravedad tira de los pasajeros hacia el suelo, sin embargo, la fuerza de aceleraciĂłn mayor empuja hacia el cielo, manteniendo a los usuarios en sus asientos. Los trenes de las montaĂąas rusas recorren el loop por la vĂa debido a la fuerza centrĂpeta. Los loopings fueron finalmente seguros y cĂłmodos en 1975. Ese aĂąo, Werner Stengel aplicĂł la forma de lĂĄgrima a un loop, descartando el cĂrculo perfecto y diseĂąando un loop con una curvatura cuyo radio decreciese a medida que los vehĂculos estĂĄn girĂĄndo bocabajo. De esta manera, las aceleraciones en la parte superior del looping pueden ser similares a las de la parte inferior, resultando una experiencia mĂĄs suave y agradable.

El decreciente radio de la vĂa estĂĄ diseĂąado utilizando una espiral de Euler o configuraciĂłn de clotoide. Las clotoides, o espiral de Cornu, son usadas frecuentemente en vĂas de tren, construcciĂłn de carreteras

o salidas de autopistas. Un conductor manteniendo la velocidad constante en un segmento de la carretera puede girar el volante con una velocidad angular constante. La espiral Cornu tiene la propiedad de que el radio de curvatura es inversamente proporcional a la distancia desde el centro de la espiral.

Mientras al parte de arriba de un loop vertical es un semicírculo, la parte inferior tiene una forma totalmente diferente. Es parte de una clotoide, donde el radio de curvatura se incrementa a medida que llegas al suelo. Su forma característica lleva a una reducción de las fuerzas sobre el cuerpo del usuario, siendo la atracción mucho más segura.

Curvas Para mantener las fuerzas que actúan sobre los usuarios bajo unos límites aceptables, la vía de la montaña rusa está ladeada cada vez que se produce un giro. Si la ausencia de inclinación mantiene la aceleración a un nivel seguro para el usuario, el medio de atracción tiene que estar ajustada como tal. Hay pocas técnicas diferentes sobre la inclinación de la curva. En los primeros diseños, la inclinación de la curva se conseguía sujetando el rail interior y elevando el rail exterior, que estaba rotado respecto al rail interior. También hay diseños donde el rail de dentro es bajado y el de fuera elevado rotando la vía. En estos tipos de montaje, el centro de gravedad del pasajero es acelerado hacia el centro de la curva. Esto provoca que el pasajero sea empujado hacia el lado del coche o contra otro pasajero. Como se ha comentado antes, la atracción tiene que ser divertida sin poner demasiados esfuerzos sobre el pasajero. Para corregir esta aceleración, la vía debería rotar alrededor de la línea central o “heartline” de los 52

pasajeros, que se encuentra justo por encima del centro del torso humano. Así la aceleración de los pasajeros en el interior de la curva se ve reducida en gran proporción. Se consigue así nuestro objetivo, producir aceleraciones seguras.

Rotación sobre el centro de la vía.

Rotación sobre un raíl.

Rotación sobre la línea central Generalmente hay dos escenarios que como diseñador se desea evitar cuando se diseña una curva inclinada: demasiada inclinación o falta de la misma. Con la inclinación correcta y la velocidad teórica del vehículo, este no necesita ruedas guías para mantenerse dentro de la vía, aunque se colocan por

cuestiones de seguridad. El usuario notarĂĄ una fuerza normal que lo empuja hacia el asiento. Este es el escenario Ăłptimo para mantener al vehĂculo en la vĂa, cuando la fricciĂłn no es necesaria. Overbanking, demasiada inclinaciĂłn, se produce cuando la inclinaciĂłn afecta a la velocidad del vehĂculo. Es decir, el coche se ladea hacia el interior de la curva. Las ruedas guĂas sujetan el tren a la vĂa y el usuario nota una fuerza que le empuja hacia el centro de la curva. Se necesita fricciĂłn para mantener al tren en la vĂa.

Underbanking es justo lo contrario, no hay suficiente inclinaciĂłn para la velocidad que lleva el vehĂculo. El coche puede inclinarse hacia el exterior de la curva mientras las ruedas de seguridad sujetan el vehĂculo contra las vĂas. El usuario siente una fuerza que lo aleja del centro de la curva. Se necesita tambiĂŠn fricciĂłn para mantener el vehĂculo en la vĂa. En ocasiones especiales, las curvas son â&#x20AC;&#x153;underbankedâ&#x20AC;? intencionalmente en pequeĂąa cantidad. De esta manera, los pasajeros sienten una pequeĂąa fuerza hacia el exterior al dar las curvas. Esta fuerza es esperada por el usuario y se adapta a ella. El motivo para producir un â&#x20AC;&#x153;underbankingâ&#x20AC;? es el siguiente: al intentar producir una inclinaciĂłn perfecta puede resultar en â&#x20AC;&#x153;overbankâ&#x20AC;? debido a que una velocidad del tren es menor que la esperada. Se puede producir por fuertes vientos, baja ocupaciĂłn del vehĂculo, etc.).

Existen algunas atracciones que inclinan la vĂa hacia el exterior de la curva para crear un nuevo efecto y una sensaciĂłn Ăşnica para sus ocupantes, mientras las sujeciones los retienen contra el vehĂculo. Este efecto funciona bien en la oscuridad debido al elemento de sorpresa, los usuarios experimentan una sensaciĂłn extraĂąamente estimulante y antinatural cuando la atracciĂłn llega a la curva inclinada hacia fuera. ÂżCĂłmo se calcula una curva perfectamente inclinada? ÂżQuĂŠ ĂĄngulo deberĂa estar inclinada la vĂa para que los usuarios se apretaran contra el asiento sin ser empujados dolorosamente contra el lado del vehĂculo? La ecuaciĂłn utilizada es la siguiente. tan(đ?&#x153;&#x192;đ?&#x153;&#x192;) =

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Tita (Î¸) representa el ĂĄngulo en el cual no hacen falta mĂĄs fuerzas que la gravedad para que el vehĂculo se mantenga dentro de la curva sin deslizar hacia fuera. Si la velocidad del vehĂculo (v), cambia a travĂŠs de la curva, entonces el ĂĄngulo de inclinaciĂłn debe cambiar para compensar. R es el radio de giro y g es la gravedad (9,81 m/s2). HabrĂĄ dos componentes de las fuerzas g a tener en cuenta: horizontal y vertical. La

siguiente ecuaciĂłn se usa para calcular la fuerza g vertical sentida por el usuario para la curva con la inclinaciĂłn ideal sin fricciĂłn. đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C; đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D; =

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Siendo m, masa N, fuerza normal g, gravedad

Sistemas de seguridad No hay nada como experimentar un estallido de emociĂłn y adrenalina a bordo de una montaĂąa rusa sabiendo que nos encontramos en un ambiente seguro y que nuestras sensaciones de peligro o riesgo son totalmente simuladas. Para lograr esto, existe todo un grupo de fĂsicos, ingenieros y mecĂĄnicos detrĂĄs de cada atracciĂłn que regulan y monitorean el funcionamiento Ăłptimo en cada tramo de la instalaciĂłn. Veamos cuĂĄles son los aspectos que nos permiten disfrutar de un viaje repleto de emociones y a la vez seguro. Âˇ

Sistema de tres ruedas Los sistemas de seguridad empleados en las montaĂąas rusas incluyen un sistema de ruedas que previene de posibles descarrilamientos o del vadeo innecesario del vagĂłn hacia los lados. Un par de ruedas en la parte superior brindan mayor estabilidad, mientras que una tercera rueda ubicada en la parte inferior, impide que el vagĂłn salga de su curso en las inversiones de la atracciĂłn.

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Tipos de elevaciĂłn QuizĂĄs el mĂĄs conocido sea el sistema de tracciĂłn por cadena, que no solo permite elevar los vagones a determinada altura, sino que ademĂĄs, y por medio de resistentes ganchos, fija cada uno de los vagones en cada tramo de la lĂnea, proveyendo una mayor seguridad. Otro sistema similar, se compone de un par de ruedas en cada porciĂłn de los rieles que deslizan los vagones hacia delante. Sin embargo, el mĂĄs llamativo de todos es el sistema de inducciĂłn por motor lineal, el cual hace uso de potentes electroimanes para generar un campo magnĂŠtico en la parte baja del vagĂłn y otro en los raĂles, de modo que ejerzan una fuerte atracciĂłn y desplacen el tren hacia la cima. 55

Este tipo de sistemas permite obtener mayor control sobre la estructura, favorece la durabilidad de la atracción y provee de una mayor exactitud a los sistemas informáticos que la controlan. ·

Control preventivo Cuando nos paseamos en un parque de atracciones, es frecuente observar que algunas atracciones funcionan sin pasajeros. Cuando esto sucede, significa que los técnicos están realizando pruebas de revisión para medir los parámetros de seguridad. Estas revisiones pueden ser de tipos eléctricas, mecánicas o de entorno. En cada etapa, se vela para que la atracción mantenga correctamente los equipos de seguridad, posea frenos adecuados y disponga de una entrada y salida del personal acorde a los parámetros establecidos por el fabricante. Algunas de estas pruebas se realizan sobre todo antes de iniciarse cada jornada.

Peso y altura requeridos El control de estas características previene que ocurran de lamentables accidentes. Además, las medidas de control impiden el acceso a la atracción con prendas de vestir inadecuadas, como chancletas, pendientes, gorras o cualquier otro elemento que pueda desprenderse fácilmente y quedar obstruido en las vías de la instalación. A la entrada de cada montaña rusa queda establecida la altura mínima que deben poseer sus visitantes para poder probarla, así como la posición que debemos adoptar una vez que nos encontremos dentro del vagón. En cuanto al peso máximo establecido, este lo determinan los arneses de seguridad en cada asiento del tren. Si el arnés no cierra debidamente, la atracción no iniciará el recorrido. De igual forma, los arneses solo pueden ser liberados al concluir el recorrido, o encontrarse el vagón detenido.

La tecnología al servicio de la seguridad Los sistemas automatizados presentes en las montañas rusas modernas han permitido un incremento de la seguridad y el control del buen funcionamiento de estas atracciones. Estos sistemas monitorean los sensores a lo largo de la atracción y determinan las paradas de emergencia ante cualquier amenaza de peligro mediante potentes frenos de aire comprimido. Incluso, algunos sistemas automatizados poseen total autonomía para detectar fallos asociadas al mecanismo de la estructura y tomar decisiones de control sobre los elementos de la montaña rusa. En este sentido, los ordenadores son capaces de evitar las colisiones en montañas rusas que incorporan dos o más trenes mediante un sistema de bloques. En esencia, los sensores se encargan de velar porque los bloques solo contengan un tren cada vez. En caso contrario, el sistema tendrá la posibilidad de frenar los trenes para evitar el impacto.

DISEÑO DEL VEHÍCULO PARTES PRINCIPALES DEL VAGÓN Configuración de los asientos Uno de los aspectos más relevantes del diseño de montañas rusas es el contacto entre el vehículo y la vía. El diseño de la vía depende de cómo se comporta el vehículo, así que antes de diseñar el layout se debe haber decidido cuál es la relación entre vehículo y vía. Los clientes y diseñadores tienen que clarificar qué elementos habrá y sus características antes de negociar, así como el tipo de asiento para el pasajero, el mínimo radio permitido en el diseño del vehículo y la mínima altura en los cruces entre el vehículo y la vía. Todas las configuraciones que se puedan imaginar para el asiento de una montaña rusa ya han sido probadas en alguna parte del mundo. Los asientos se pueden encontrar encima, debajo y a los lados de la vía; fijos o que giren libremente. Las variaciones con denominación específica son: ·

Bobsleigh Los coches viajan libremente por un canal en forma de U, al igual que un trineo, excepto por las ruedas.

4ª Dimensión Asientos que rotan de forma controlada en voladizo a ambos lados de la vía.

Floorless El vehículo se sitúa encima de la vía pero no tiene una plataforma entre los pies del usuario y los raíles, permitiendo que cuelguen libremente.

Inverted El vehículo está fijo debajo del rail con los pies del pasajero colgando libremente. Permite hacer loops verticales.

Laydown/Flying Los pasajeros se colocan paralelos a la vía, apoyados en la espalda o en el abdomen.

Motorbike Los pasajeros se montan en los asientos como si montaran una motocicleta, jet ski o un caballo.

Sit down Vehículos tradicionales encima de los raíles.

Spinning Los asientos pueden girar libremente en un eje horizontal.

Standup Los pasajeros están sujetos de pie, a horcajadas sobre una pieza con forma similar a la de un asiento de bicicleta. Además están sujetos por arneses de hombros que se ajustan a la altura del pasajero.

Swinging suspended El vehículo cuelga bajo los raíles y pueden balancearse libremente de un lado a otro sin llegar a hacer loopings.

Pipeline Los pasajeros están posicionados entre los raíles en vez de sobre ellos.

Wingrider Los asientos están fijos a ambos lados del vehículo, en la parte exterior de los raíles.

More info

http://www.wikihow.com/Pick-a-Roller-Coaster-Seat

Diseño de las ruedas y selección de materiales. Hay tres tipos de ruedas que aseguran el vehículo a la vía. ·

Road wheels: transmiten la carga del vehículo a la vía.

Side friction wheels o ruedas guía: se montan en perpendicular a las Road wheels. Pueden encontrase en el interior o en el exterior del rail, dependiendo del fabricante.

Upstop wheels o ruedas de seguridad: están emplazadas debajo del raíl para prevenir que el vehículo se despegue de la vía en las colinas con “airtime”.

Una rueda típica para una montaña rusa de acero está construida con un cubo de aluminio al que se le adhiere una goma de poliuretano en el diámetro exterior. Este ensamblaje se conecta a un eje mediante un rodamiento. Las ruedas guía tienen un muelle que asegura que se mantienen constantemente en contacto con el rail.

Road

Guiding Wheels

Up-Stop

Uno de los factores limitantes en la construcciĂłn de montaĂąas rusas son las ruedas. Para diseĂąar la rueda perfecta para una montaĂąa rusa de alta velocidad, los ingenieros tienen que encontrar la mejor combinaciĂłn entre los siguientes requerimientos. 1. Baja resistencia a rodadura 2. Resistencia a las altas cargas que soportarĂĄ 3. Suavidad a la hora de circular 4. Alta durabilidad Se ampliarĂĄn estos conceptos con mĂĄs detalle

La resistencia a rodadura es causada por la deformaciĂłn de la goma en el punto en el que la goma toca la superficie por la que se desplaza, en este caso, los raĂles de la vĂa. Cuanto menor es la presiĂłn o mayor la fuerza infligida sobre la goma, mayor serĂĄ el coeficiente. Por ejemplo, las ruedas no deformables de acero de un tren de vapor circulando por un rail de acero tiene una baja resistencia de rodadura, por lo tanto, siendo muy eficiente. Para calcular la fuerza de resistencia de rodadura: Siendo

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el coeficiente de resistencia de rodadura

la masa

la gravedad (9,81 m/s2)

Los valores típicos de resistencia de rodadura varían en 0,009 y 0,018 de la carga soportada. En una montaña rusa, las pérdidas de energía provocadas por fricción deben ser minimizadas para que el tren complete su circuito y sus correspondientes inversiones. El requerimiento de una baja resistencia de rodadura lleva a los diseñadores a seleccionar el material más duro.

Existen montañas rusas de récord, con caídas de más de 120 m, con velocidades de más de 190 km/h y con fuerzas de más de seis veces la gravedad sobre el usuario. Las ruedas no sólo soportan el peso de los pasajeros y de los vehículos, sino también seis veces este peso, originandose una carga que puede llegar a los 30.000 Newtons por rueda mientas el tren se mueve a una gran velocidad. Una vez más la elección de material se inclina hacia el material más duro.

El requerimiento más importante desde la perspectiva de un usuario es que la atracción sea lo más suave posible, sobre todo en las montañas rusas de acero. Fabricar largas secciones de vía dentro de tolerancia sin imperfección es muy difícil y caro de conseguir. Por lo tanto, las ruedas deben absorben las deficiencias existentes debido a la manufactura y otras condiciones como el polvo o la suciedad de la vía. Las atracciones irregulares no solo son incómodas para los pasajeros sino también pueden causar daños al vehículo a largo plazo, provocando altos costes de mantenimiento.

Un tren convencional puede llegar a tener cientos de ruedas (12 ruedas por carro x 9 carros por tren =108 ruedas por tren) teniendo como consecuencia un mantenimiento constante si se deben remplazar las ruedas por desgaste. La rueda puede llegar a girar una media de 4000 rpm durante un único circuito. Es una necesidad que las ruedas duren lo máximo posible. Ocasionalmente, las ruedas se desgastarán o fallarán. A veces una burbuja de aire se puede desarrollar entre las capas de uretano. Se produce un “pinchazo” cuando la temperatura crítica del material se supera por fricción, por ejemplo, haciendo que este se funda. En este caso, la rueda debe ser reemplazada. Si una única rueda pincha mientras la atracción está en marcha, el tren puede llegar sin problema de vuelta a la estación sin incidente. Las vías de mantenimiento y almacenaje están diseñadas actualmente de tal manera que la carga no recae sobre las ruedas principales cuando los coches están parados un largo periodo de tiempo. Esto también permite a los ingenieros reemplazar e inspeccionar las ruedas de carga. Otro fallo típico en las ruedas es la rotura por fatiga, un patrón de desgaste que se produce normalmente después de un largo periodo de tiempo y es causado por grandes 66

concentraciones de estrés periódicas durante el uso. Las roturas por fatiga no suponen una amenaza hasta que las grietas creadas se juntan entre ellas extendiéndose o hasta que llegan al centro. Debido a que la propagación de las grietas de fatiga difiere entre materiales, aplicaciones e, incluso, posición de la rueda, es importante desarrollar una agenda de inspección para comprobar que no haya posibles fallos. La fatiga en uniones es un tipo de fallo que puede llevar a la delaminación y generalmente se produce con el tiempo, a medida que la unión se debilita por sobrecarga y sobrecalentamiento. Una unión fatigada puede ser el resultado de diferentes factores, sin embargo, es fácil de descubrir mediante inspecciones adecuadas sin importar su causa.

Las atracciones utilizan generalmente dos tipos de material para la goma: nylon y poliuretano. Hay ventajas y desventajas para cada tipo. Las ruedas de nylon son de plástico duro mientras que las de poliuretano son más blandas. La vibración de las ruedas de nylon es ligeramente mayor, haciendo que la atracción sea más abrupta, aun siendo más rápida. El poliuretano es un material más blando y por ello reduce la vibración, proporcionando un viaje más tranquilo. Sin embargo, también provoca una mayor fricción y ralentiza la atracción debido a una mayor resistencia a la rodadura. Las gomas de poliuretano tienen ciertos inconvenientes para el uso en atracciones de madera. Son menos duraderas que las simples llantas de acero y están sujetas a daños al rodar sobre las uniones de la vía. Quizá más importante es el hecho de que, debido a la flexibilidad del uretano, la goma puede absorber una cantidad de energía considerable dando lugar a una atracción más lenta. Sin embargo, hay fabricantes que eligen utilizar ruedas no metálicas en sus atracciones de madera, posiblemente debido a limitaciones de intensidad sonora. Estas atracciones tienden a ser más altas y más cortas debido a la alta resistencia de rodadura de las gomas más blandas. La velocidad de una atracción puede modificarse mezclando los tipos de ruedas. Los parques utilizan esta mezcla de ruedas para mantener a la atracción realizando una determinada actuación. Una nueva atracción puede utilizar un tipo de ruedas hasta que es probada y amoldada, entonces, si es necesario, se cambia a otro tipo de ruedas. Se necesitan muchas horas de tests para lograr el balance perfecto entre todos los requerimientos.

Resistencia aerodinĂĄmica La resistencia aerodinĂĄmica, o fuerza de arrastre, es una fuerza que actĂşa en un objeto sĂłlido en la direcciĂłn opuesta al movimiento relativo del objeto a travĂŠs del aire. La fuerza de rozamiento ralentiza el vehĂculo en movimiento. El arrastre depende del cuadrado de la velocidad. Cuando el arrastre es igual al peso, la aceleraciĂłn es cero y la velocidad se convierte en una constante. El arrastre estĂĄ influenciado por el ĂĄrea frontal y la forma del vehĂculo. Numerosos experimentos cientĂficos han determinado que la forma de lĂĄgrima sufre menor cantidad de arrastre. Esto se debe a que la forma frontal es curva y permite al viento pasar de movimiento circular a recto de forma suave. AdemĂĄs la parte posterior converge en un Ăşnico punto. Probablemente no seremos capaces de diseĂąar un vehĂculo que converja en un punto, pero podemos hacer la forma lo mĂĄs aerodinĂĄmica posible. Se deben examinar diferentes fuerzas que actĂşan en el vehĂculo. Para conocer la fuerza de arrastre que ejerce el aire contra el vehĂculo se utiliza la siguiente fĂłrmula: đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018; = Siendo,

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Coeficiente de arrastre

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Densidad del aire

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Ă rea perpendicular al flujo de aire Velocidad del aire (o del vehĂculo)

Para obtener el arrastre necesitamos conocer el ĂĄrea frontal del vehĂculo, esta puede ser calculada por ordenador. El coeficiente de arrastre se determina de forma experimental ya que no existe ningĂşn valor teĂłrico para el mismo. En el pasado, si un ingeniero querĂa incluir la resistencia del aire, calculaba el movimiento sin fuerza de arrastre para una montaĂąa rusa similar y hacĂa las medidas de arrastre para esta montaĂąa rusa similar para computar una media. Hoy en dĂa mediante software CFD de simulaciĂłn de fluidos se puede obtener la fuerza de rozamiento mediante del modelo CAD. El total de las fuerzas de rozamiento se compone de la fuerza de arrastre y la fuerza de rodadura de las ruedas.

DiseĂąo de restricciones de seguridad Las increĂbles inversiones y airtimes extremos de las megacoasters actuales han creado un nuevo nivel de diversiĂłn para los fanĂĄticos mientras que alimentan a los diseĂąadores de nuevos desafĂos. Esto significa que se necesitan nuevos sistemas de retenciĂłn para acomodar un amplio rango de tipos y tamaĂąos de cuerpos a la vez que se mantienen el confort y la seguridad. El diseĂąo de las restricciones estĂĄ directamente afectado por las fuerzas g que se sienten durante la atracciĂłn. Los estĂĄndares 68

internacionales de ASTM recomiendan diferentes tipos de restricciones basadas en el rango de fuerzas G. Las restricciones vienen en todo tipo de formas y tamaños, pero generalmente se pueden clasificar en dos categorías: ·

Barra de regazo. Estos dispositivos de forma de U se reposan sobre el regazo del usuario y están conectados al suelo, asegurando al pasajero por las piernas.

Arnés sobre los hombros. Están montado por detrás del usuario y giran hacia delante por encima de los hombros

Ambos sistemas normalmente utilizan cinturones de seguridad estándares como una segunda seguridad. Otra característica que las restricciones tienen en común es que tienen un único grado de libertad. Es decir, el movimiento sólo está permitido en un eje, una rotación. Al tener un solo grado de libertad es fácil para el sistema de control saber la posición exacta de la restricción respecto al usuario. Un sensor binario informa al operador de la atracción si las restricciones están en posición cerrada antes de que la atracción se ponga en movimiento, evitando que el lanzamiento sea posible si la totalidad de las restricciones no cumplen con esta condición.

INFRAESTRUCTURA SOPORTES Y SISTEMAS DE CONTROL Soportes y cimientos Uno de los componentes más importantes de una montaña rusa, a veces pasado por alto, son los cimientos. La existencia de boquetes en la tierra en un parque temático es signo de que los cimientos de una nueva atracción se instalarán. Los cimientos deberán soportar el peso de las columnas de soporte, la vía y los vehículos cargados. También, la atracción tiene que estar construida para soportar terremotos, erosión de la tierra, tornados, inundaciones y otros riesgos meteorológicos dependiendo de su localización.

Se deben definir las cargas máximas de diseño de cada cimiento o estructura equivalente. Los principios que hay que entender en relación a los cimientos son tracción y compresión.

Cuando el tren de una atracción está bajando por una colina empuja la vía hacia abajo, esto provoca fuerzas de compresión en los cimientos de la estructura ya que la altura del tren y las fuerzas gravitacionales positivas actúan sobre la atracción. Cuando el tren de una atracción pasa por la cima de una pequeña colina proporcionando “airtime” e incluso G’s negativas en las ruedas en la parte inferior del tren, el tren intenta separarse de la vía hacia arriba. Se produce un esfuerzo de tracción. Si estas fuerzas son demasiado grandes pueden llegar a causar roturas en los cimientos. ¿A qué se deben estas roturas a tracción? El principal material del que están fabricados los cimientos es hormigón, el cual tiene una alta resistencia a la compresión. Mientras el hormigón es muy resistente a compresión, tiene baja resistencia a tracción. Sin embargo, el acero es muy resistente a tracción, así que se combinarán los dos elementos: hormigón armado. Se insertan barras de acero dentro de una matriz de hormigón de tal manera que ambos aportan la resistencia necesaria que necesita el material. La fuerza de compresión es transmitida a los cimientos mediante el contacto perfecto entre la base de la columna y la argamasa que rellena el espacio entre los cimientos y el soporte de la columna. Los pernos de acero incrustados en el acero aseguran la columna a los cimientos. La fuerza cortante es transmitida a los cimientos mediante el contacto perfecto entre los pasadores de seguridad y la argamasa así como también entre los pernos de anclaje y la argamasa. La fuerza normal de tracción se transmite a los cimientos mediante los pernos de anclaje. El diseño de la estructura necesita analizarse para cumplir las garantías de seguridad. Cada conexión que sujeta cada componente debe ser examinado detalladamente. Se debe especificar la distribución de cargas máximas estáticas y dinámicas en cada cimiento de hormigón. Para cada tornillo pasador se debe definir su métrica, el par de apriete y el timing de reemplazo de tornillo y tensado posterior. Todos estos componentes trabajan juntos para mantener la montaña rusa en pie.

Frenos, sistemas de bloque, sensores e interruptores Las montañas rusas actuales de alto rendimiento pueden llegar a velocidades de más de 170 km/h y, aun así, deben ser frenadas de forma segura y eficiente, devolviendo a los pasajeros a la estación sin daño alguno. No hay sistema de frenado incluido en los propios vehículos, en consecuencia el vehículo deberá ser frenado en los tramos de la vía en los que hay sistema de frenado fijo a la vía. Los tipos de frenos presentes en las montañas rusas son los magnéticos y los de fricción. ·

Frenos de fricción

Los frenos de fricción consisten en la colocación de dos pinzas de sujeción alrededor de una viga o aleta montada en la parte inferior del chasis del vehículo. La fuerza de sujeción se da gracias a dos resortes dentro de dos gatos neumáticos. La posición determinada de los frenos es cerrada, por razones de seguridad. Las aletas solo podrán abrirse para dejar al coche pasar aplicando presión. ·

Frenos magnéticos

Decenas de “mega coasters” modernas están usando actualmente sistemas de frenados magnéticos. Esta técnica supone la colocación permanente de imanes en la vía que se opongan al movimiento de los coches mediante repulsión magnética. Debido a que ya no hay contacto entre el vehículo y los frenos, el sistema es mucho más fácil de mantener y mucho más silencioso. Además, debido a que la fuerza producida es función de la velocidad del tren (al contrario que la fuerza de fricción), la deceleración es más suave. Con la ayuda de neumáticos, el ensamblaje puede girar de forma que los imanes se separan de la vía y dejan de afectar a la velocidad de la atracción. Ocurre igual que en las vías de atracciones de lanzamiento, donde los frenos se retiran para dejar pasar al vehículo pero vuelven a su posición en caso de “rollback”, es decir, que el tren no consigue llegar a la cima de la colina y cae hacia atrás.

Millennium Force, primera montaña rusa en tener frenos magnéticos

Con el fin de tener el mayor rendimiento posible, las montañas rusas modernas operan con más de un tren a la vez. Se necesita un sistema de control y monitorizado sofisticado para poder circular varios trenes en la misma vía de una forma segura y eficiente. Este sistema de protección impide a los trenes acercarse. Se denomina “block system” y está compuesto por una serie de “blocks”, bloque. Cada bloque es una sección de vía con un punto de entrada y salida controlables. Dos trenes nunca deberían ocupar el mismo bloque al mismo tiempo. Si un tren no sale de un bloque por cualquier razón, el siguiente tren debe detenerse antes de que tenga la oportunidad de llegar al tren precendente y sus desprevenidos pasajeros. Ningún tren podrá entrar en el siguiente bloque hasta que el que le precede ha salido de forma segura del bloque. Por lo tanto, cada bloque debe contener un método de parar completamente un tren y la manera de volver a ponerlo en marcha. Un tren puede ser parado por frenos mecánicos o deshabilitando el dispositivo que mueve al vehículo, como una cadena ascensora o neumáticos de lanzamiento. Los métodos para propulsar el tren desde su punto muerto pueden ser: volver a conectar la cadena ascensora, utilizar motores de accionamiento de neumáticos o utilizando la gravedad diseñando el área de la vía donde el tren para con una pendiente negativa, “the neutral slope”. El término neutral slope hace referencia a la pendiente que debe tener la vía para que el vehículo mantenga su velocidad constante. Las montañas rusas deben tener al menos un bloque más que trenes hay en la vía. La montaña rusa típica suele tener las siguientes secciones de bloques. 1. Estación 2. Colina ascensora 3. Sistema de frenado a mitad de recorrido 4. Sistema de frenado final 5. Vía de transferencia

El sistema de frenado completo depende de un sofisticado ordenador o de un controlador lógico programable, PLC. Un PLC es un ordenador especializado que coge las señales de un sistema real y toma decisiones basándose en dichas señales, después produce señales de salida basándose en estas decisiones. Por ejemplo, un PLC puede estar equipado con un interruptor que cuente la utilización de los pedales de apertura de la barra de seguridad. Así podrá detectar si alguna sujeción está abierta. También puede estar conectado a un anemómetro para medir la velocidad del viento y ajustar el sistema de frenado acorde con esta información. El PLC puede incluso detectar la velocidad del tren en varios puntos del recorrido y monitorizar el comportamiento de la atracción.

Actualmente, casi todas las montañas rusas utilizan PLCs para controlar el sistema de frenado. Siguiendo las reglas que ya se han comentado, únicamente un tren puede ocupar cada bloque simultáneamente. Para ello, el ordenador debe saber dónde están los trenes en todo momento. Los trenes se detenctan de las siguientes maneras: ·

Los interruptores de proximidad (proxy) son el método más popular utilizado para detectar la posición de los vehículos en la vía. Estos son dispositivos electromagnéticos localizados en intervalos a lo largo de la vía que están programados para detectar la presencia de un objeto metálico. Los coches individuales del tren tendrán un componente de metal en la parte inferior, a menudo llamados “flags”, banderas. Utilizando los interruptores de proximidad, los ordenadores pueden contar el número de coches que han pasado y notificar si el tren completo ha pasado de forma segura por el bloque, dependiendo del número de banderas que haya contado. Este tipo de sistemas deja poco margen de error, por lo que es muy empleado.

Otro método muy utilizado para detectar la posición el tren son los sensores fotoeléctricos. Estos son muy versátiles y tienen diferentes configuraciones. Un único sensor puede producir un haz contra un reflector montado en la estructura de soporte. Cuando el tren pasa por el sensor, este rompe el haz de luz, notificando al ordenador la localización del tren. En vez de usar un reflector fijo, un par de sensores fotoeléctricos puede ser colocados enfrentados a cada lado de la vía. el tercer método monta un reflector en el lado del tren, de manera que cuando el tren pasa, la luz se refleja en el tren y de nuevo al sensor. Este método es el menos popular ya que el personal de mantenimiento puede accidentalmente romper el haz de luz y parar la atracción confundiendo el sistema de control.

Otro método menos popular para la detección del tren es un dispositivo mecánico llamado interruptor de final de carrera. Tiene un brazo móvil diseñado para entrar en contacto con el tren en movimiento. En el interruptor de final de carrera, el brazo es empujado por un muelle que hace el brazo quede elevado cuando el tren pasa. Después de que haya pasado el tren, brazo del interruptor vuelve a su posición

inicial.

Este

tipo

interruptores

son

propensos a averías debido a su naturaleza mecánica.

Las atracciones accionadas por gravedad que tienen pocos lugares de parada para los vehículos no suelen tener una gran cantidad de sensores. Un sistema simple de cinco zonas, como el descrito anteriormente, con solo dos trenes podrían tener solo un par de docenas de sensores. En comparación, un sistema de doce vehículos puede tener cientos de sensores para obtener el nivel de detalle necesario, particularmente en áreas donde los vehículos se juntan más. El número de sensores requeridos se incrementa con mayor capacidad y menor intervalo de salida de los vehículos. Los sensores no solo se usan para detectar la posición del tren, también pueden detectar velocidad y activar elementos escénicos situados en la pista.

PROPIEDAD INTELECTUAL PATENTES EXISTENTES ¿Qué es una patente? Una patente es un título que reconoce el derecho a explotar en exclusiva la invención patentada, impidiendo a otros su fabricación, venta o utilización sin consentimiento del titular. Como contrapartida, la patente se pone a disposición del público para general conocimiento. El derecho otorgado por una patente no es tanto el de la fabricación, el ofrecimiento en el mercado y la utilización del objeto de la patente, que siempre tiene y puede ejercitar el titular, sino, sobre todo y singularmente, "el derecho de excluir a otros" de la fabricación, utilización o introducción del producto o procedimiento patentado en el comercio. La patente puede referirse a un procedimiento nuevo, una máquina, un método de fabricación, un producto nuevo o un perfeccionamiento o mejora de los mismos. El invento debe ser completamente nuevo a nivel mundial en la medida que el inventor no puede haber tenido acceso a él por ningún medio más que el de su creatividad. La duración de la Patente es de veinte años improrrogables a contar desde la fecha de presentación de la solicitud. Para mantenerla en vigor es preciso pagar tasas anuales a partir de su concesión.

Producción de patentes en el sector En el siguiente gráfico podemos ver la evolución de las patentes en el último siglo. Las primeras patentes registradas son anteriores a 1920, pero no es hasta la década de los noventa cuando comienza a proliferar el registro de patentes relacionadas con las montañas rusas.

2016-2019 (Periodos de 3 años)

A continuación podemos ver los principales propietarios de patentes desde 1992. 76

万达文化旅游规划研究院有限公司

3.1%

Disney Enterprises, Inc. 中山市金马科技娱乐设备股份有限公司

2.9% 1.5%

北京实宝来游乐设备有限公司 The Walt Disney Company

1.5% 1.2%

Hasta 2010 es Disney la empresa que más patentes registra, aunque entre 2000 y 2004 hay otros fabricantes que registran sus ideas y que no quedan reflejadas en el gráfico. A partir de 2010 entra con fuerza el mercado asiático, registrando casi el total de patentes entre 2013 y la actualidad. El mercado está muy repartido con muchas empresas que registran menos del 1% de las patentes. En el apartado de fabricantes se conocerán las empresas europeas más interesantes.

Ejemplos de patentes A continuación se presentan algunos de los ejemplos de patentes más interesantes que se han encontrado.

US06034859: Colina ascensora Anton Schwarzkopff Se describe la morfología de la cadena que eleva el vehículo hasta el final de la colina ascensora.

US09295719: Sistema de control Universal City Studios LLC Se trata del sistema de control de una atracción de duelo entre dos trenes.

US07975788: Vehículo de montaña rusa Bolliger and Mabillar Ingenieurs Conseils Nuevo concepto de vehículo de montaña rusa inversa.

US10149289: Tipología de montaña rusa Reter Raidt Se trata de una montaña rusa en la que el usuario va sobre un trineo.

US6375243B1: Ensamblaje de ruedas Wheel Thing Inc. Nueva combinación de materiales para conseguir mejor funcionamiento. Además de morfología innovadora.

US11093937: Montaña rusa Bolliger and Mabillar Ingenieurs Conseils Se describen los frenos, el vehículo y el circuito de una atracción que pasa rozando un depósito de agua.

US5193462A: Tipo de montaña rusa Mihail I. Marcu Innovador diseño de vía con forma tubular.

US11984028: Asiento Vekoma Rides Engr BV Incluye el asiento y las restricciones de seguridad. También se describe el anclaje a la parte superior del vehículo en una montaña rusa inversa, o a la parte inferior, en una montaña rusa clásica.

US12673410: Dispositivo de montaña rusa Vekoma Rides Engr. BV Incluye tanto el asiento y las restricciones de seguridad, así como la conexión al vehículo. La innovación consiste en la manera en que se coloca el usuario.

US08154705: Vía de una montaña rusa Vladimir A. Gnezdilov Se trata de toda la estructura y elementos de soporte que supone la construcción de una vía.

US12914544 : Vechículo de una montaña rusa Disney Enterprises Inc. Vehículo con un grado de libertad a través del montaje radial que se describe.

US06907978: Restricción de seguridad Bernard P.Schmutz Mecanismo que retiene a los pasajeros de una montaña rusa de pie.

US1440588A: Montaje de ruedas Christian G Feucht Esta patente explica el montaje de la rueda en conjunto con la morfología del perfil la vía.

MANUFACTURERS FABRICANTES DE ATRACCIONES A continuación se hace un resumen de los fabricantes de atracciones más importantes de Europa.

Empresa suiza de montañas rusas. Se caracteriza por hacer mastodontes de acero de gran altura. Las que tienen inversiones suelen ser parecidas entre sí. No fabrica wood coasters. En España tiene cuatro atracciones significativas: Shambhala: expedición al Himalaya, Supermán: la atracción de acero, Batman: la fuga y Dragón Khan.

Empresa alemana dedicada, sobre todo, a montañas rusas y norias.

Empresa suiza dedicada sobre todo a atracciones acuáticas, como por ejemplo de tipo río bravo, o montañas rusas de lanzamiento, como Furius Baco. Es conocido por sus splash, como Iguazú, Cataratas Salvajes o Tutuki Splash y por sus flume rides.

Además,

sus

montañas

rusas

caracterizan por tener raíles en forma de triángulo. También hace montañas rusas de madera. Divertical es otra de sus maravillas, y tiene el record de montaña rusa acuática más alta. Sus torres de caída libre son muy conocidas, como el Hurakan Cóndor o Lanzadera. 82

Empresa alemana fabricante de montañas rusas. Es conocida por sus Skyloop o por sus spinning coasters como Abismo, Tarántula o Crush's Coaster. También hace torres de caída libre como El Desafío.

Empresa holandesa conocida por sus montañas rusas de circuito abierto, sobre todo por sus Giant Inverted Boomerang como Stunt Fall. También hace atracciones como las mad house. Fabrica todos los Big Thunder Mountain para los parques Disney.

Empresa italiana dedicada a fabricar todo tipo de atracciones.

especializa

atracciones

infantiles y en sus famosos discos como Tifón o Ciklon en España.

Empresa alemana conocida por sus atracciones de agua y por sus montañas rusas. Esta empresa es también propietaria de Europa Park por ese motivo sus atracciones son, en su mayoría, de esta empresa.

TRABAJO DE CAMPO VISITA A UN PARQUE DE ATRACCIONES Ya conociendo la teoría referente a los elementos de una montaña rusa, se decide acudir a un parque de atracciones para obtener material fotográfico. El objetivo es fotografiar ciertos elementos cuya morfología no queda representada de forma clara en Internet y será un apoyo a la hora de realizar el diseño formal. A mediados de Marzo de 2017 se acudió al Parque Warner en Madrid. El Parque Warner Madrid es un parque temático ubicado en la localidad de San Martín de la Vega, en la Comunidad de Madrid, España. Posee la segunda torre de caída libre más alta del mundo y 42 atracciones. Fue inaugurado el 5 de abril de 2002 y se divide en 5 áreas temáticas ambientadas en escenarios de películas y dibujos animados producidos por Warner Brothers, los cómics DC, así como en diversas zonas de los Estados Unidos, como las playas de California, Los Ángeles (incluyendo los estudios de Hollywood y el barrio de Beverly Hills) o Nueva York. Desde el año 2006 ostenta el premio al Parque Temático Más Seguro de España. Sus decorados han sido objeto de rodajes de programas de televisión y de vídeos musicales de diferentes artistas.

De entre las atracciones existentes, las tres en que se centró el contenido fotográfico son las montañas rusas mayores del parque. Las tres son de acero y tras la información general de cada una se muestran las fotografías tomadas.

Superman La Atracción de Acero Parque Warner Madrid (San Martín de la Vega, Madrid, España) Operando desde 4/6/2002 Montaña Rusa · Acero · Sit Down · Extreme Fabricante: Bolliger & Mabillard Modelo: Floorless Coaster / Custom

Estadísticas ·

Longitud:

1.100 m

Altura:

50 m

Inversiones: 7

Velocidad:

100 km/h

Duración:

2:26

Elementos: Chain Lift Hill Loop Immelmann Zero-G Roll Cobra Roll Interlocking Corkscrews

Capacidad: 1.000 usuarios por hora

Detalles ·

Datos de la Montaña Rusa: Sin suelo

Trenes: dos trenes con ocho trenes por tren. Los usuarios están repartidos en filas de cuatro con un total de 32 usuarios por tren.

Localización: Localizado en la sección de “Superhéroes” del parque.

Batman: Arkham Asylum Parque Warner Madrid (San Martín de la Vega, Madrid, España) Operando desde 4/6/2002 Montaña Rusa · Acero · Inverted · Extreme Fabricante: Bolliger & Mabillard Modelo: Inverted Coaster / Batman

Estadísticas ·

Longitud:

823 m

Altura:

32 m

Inversiones: 5

Velocidad:

80 km/h

Duración:

1:15

Fuerza G:

4.9

Elementos: Chain Lift Hill Loop Loop Zero-G Roll Loop Corkscrew Corkscrew

Capacidad: 1.300 usuarios por hora

Detalles ·

Nombres anteriors: Batman la Fuga (2002-2016)

Datos de la Montaña Rusa: Virtual Reality

Diseñador: Ing.-Büro Stengel GmbH

Trenes:2 trenes con 7 coches por tren. Los usuarios están colocados en filas de cuatro con un total de 28 usuarios por tren.

Localización: Localizado en la sección de “Superhéroes” del parque.

Stunt Fall Parque Warner Madrid (San Martín de la Vega, Madrid, España) Operando desde 8/8/2002 Montaña Rusa · Acero · Inverted · Extreme Fabricante: Vekoma Modelo: Other / Giant Inverted Boomerang

Estadísticas ·

Longitud:

367 m

Altura:

58,4 m

Caída:

53,9 m

Inversiones: 3

Velocidad:

105,6 km/h

Duración:

1:32

Máx. ángulo vertical: 58,4 m

Fuerza G:

4.5

Elementos:

Catch Car Vertical Lift 33,5 m tall Cobra Roll 31,1 m tall Loop Catch Car Vertical Lift

Capacidad: 870 usuarios por hora

Detalles ·

Datos de la Montaña Rusa: Shuttle

Diseñador: Ing.-Büro Stengel GmbH

Trenes: 1 tren con ocho coches. Los usuarios están colocados en filas de cuatro con un total de 32 usuarios.

Localización: Localizado en la sección de “Warner Bros. Studio” del parque.

Super man: “La atracción de acero”

Colina ascensora

Entrada a la atracción

Vehículo al salir de la estación

Unión entre tramos de vía

Detalle ruedas

Vista anterior de los asientos

Vista posterior de los asientos

Detalle del raĂl

ColocaciĂłn de motores en los rodillos

Sistema de frenado 89

Batman: “Arkham Asylum”

Colina ascensora

Teardrop Loop

Torsión de la vía

Cimientos

Transfer track

Vista anterior de los asientos

Vista posterior de los asientos

Detalle del raĂl y rodillos

Sistema de frenado

Seguridad de asientos 91

Stunt Fall

Cable para la ascensión del vehículo

Colina de ascensión

Frenos en la bajada del looping

Cimientos

Vista general de la estructura

Tambor y motor

Unión estructural

Rodillos guía para el cable

Sistema de frenado en la estación

Estructura de soporte teardrop looping 93

DESIGN BRIEF DESCRIPCIÓN DE OBEJTIVOS ¿Qué es? Un Design Brief es un documento escrito para el proyecto de diseño desarrollado por una persona o un equipo, buscando la conformidad del cliente. Se concretan los puntos del proyecto a discutir incluyendo el producto o trabajo, su función y estética, su timing y su presupuesto. El Design Brief puede ser usado para diferentes proyectos incluyendo campos como la arquitectura, el diseño de interiores y el diseño industrial, es por ello que lo utilizaremos para definir la montaña rusa. El Design Brief es utilizado para evaluar la efectividad de un diseño después de haber sido producido y durante el proceso de creación para mantener el proyecto en línea, así como el presupuesto.

¿Cómo es un buen Design brief? -

No hay recetas para hacer un buen Design Brief, sin embargo hay formatos estándares.

Debe ser claro, sin embargo no se trata de una lista de instrucciones.

Tiene el final abierto, pero puede variar o ser restrictivo.

Invita a la participación presentándose como un desafío.

Preferiblemente justifica los principales temas, restricciones y objetivos.

Proporciona unos criterios generales para el desarrollo del proyecto.

Plantilla utilizada Para realizar la plantilla de nuestro briefing se han escrito diferentes apartados con la información que se va a necesitar. Suponiendo un cliente como podría ser el parque de atracciones Tibidabo, se ha rellenado la plantilla con los datos necesarios para restringir el diseño final de la atracción. Aun siendo un Design Brief con pocas restricciones a la hora del diseño, sí que se especificará la duración del proyecto y los puntos abarcados porque, sobre todo en el diseño formal, no se puede abarcar toda la estructura de una montaña rusa.

Contacto

¿Qué información quiere?

Nombre: Parque de atracciones Tibidabo Localización: Barcelona Email: attclient@tibidabo.cat Departamento: Innovación

Ahora que sabemos qué se producirá, por favor seleccione el medio

Inf. dis. conceptual

Informe Dis. formal

Planos

Expediente técnico

Presentación del producto

Término

Haga una pequeña amplificación de las casillas marcadas.

Se desarrollará un timing basado en el deadline.

Octubre 2017

¿Qué se produce?

Para el informe sobre el diseño conceptual se requieren diferentes técnicas de creatividad para los siguientes componentes de la montaña rusa: el vehículo, el asiento, la seguridad del asiento y la vía.

Para el diseño formal se requiere la morfología y los cálculos necesarios correspondientes a la dinámica de la vía, evitando el máximo de tirones para el usuario. Además, también se exigirá el montaje de las ruedas en detalle. Se deberá plantear también la sujeción de las los asientos al vehículo.

En una sola frase, por favor explique qué quiere como resultado final.

Informe exhaustivo sobre el diseño conceptual y formal de una montaña rusa.

¡Inspíranos! Por favor haga una lista con tres adjetivos que puedan servirnos de inspiración para el carácter del proyecto.

Formas orgánicas, hypercoaster, geométría

Dimensiones del producto

Presupuesto

Por favor indique las unidades.

Indique el límite presupuestado para el proyecto.

Limitadas por las actuales del mercado

25 000 000 €

Esquema de color

¿Qué tipo de archivo quiere?

Escriba los colores que desea

Seleccione los formatos que desee.

Azulón y Naranja

Word doc

PDF

.pptx

.SLDPRT

Nota sobre el diseño Respecto al diseño ¿te gustan los productos que hay actualmente en el mercado? ¿Quieres algo totalmente nuevo? ¿Prefieres un término medio?

Quiero algo totalmente nuevo

Quiero algo Me gustan los diseños intermedio

del mercado

BLOQUE 2 DISEÃ&#x2018;O CONCEPTUAL

Diseño del vehículo Diseño de la vía

DISEÑO DEL VEHÍCULO ASIENTOS, PLATAFORMA Y SEGURIDAD Vehículo Para el vehículo se propondrán diferentes estéticas mediante la técnica de Brainstorming. Hay que tener en cuenta que esta técnica de diseño es grupal y por lo tanto se ha adaptado a las necesidades de este proyecto individual. A continuación se explica la técnica a utilizar. La lluvia de ideas es una técnica de creatividad en grupo. Los miembros del grupo aportan durante un tiempo previamente establecido el mayor número de ideas posibles sobre un tema o problema determinado. Interesa, en primer lugar, la cantidad de ideas; conviene que las aportaciones sean breves, que nadie juzgue ninguna, que se elimine cualquier crítica o autocrítica y que no se produzcan discusiones, ni explicaciones. Los supuestos teóricos en los que se basa el Brainstorming y que lo hacen diferente de otros métodos de creatividad existentes son: ·

Aplazar el juicio y no realizar críticas hasta que no agoten las ideas, ya que actuaría como un inhibidor. Se ha de crear una atmósfera de trabajo en la que nadie se sienta amenazado.

Cuantas más ideas se sugieren, mejores resultados se conseguirán: "la cantidad produce la calidad". Las mejores ideas aparecen tarde en el periodo de producción de ideas, será más fácil que encontremos las soluciones y tendremos más variedad sobre la que elegir.

La producción de ideas en grupo puede ser más efectiva que la individual.

Asociacionismo: se pone en juego la imaginación y la memoria de forma que una idea encadena y trae a otra. Las leyes que contribuyen a asociar las ideas son: -

Semejanza: con analogías, metáforas...

Oposición: nos da ideas que conectan dos polos opuestos mediante la antítesis, la ironía...

Durante las sesiones, las ideas de una persona serán asociadas de manera distinta por cada miembro y hará que aparezcan otras por contacto.

Think outside the box!t 98

El proceso de Brainstorming se desarrolla en las tres fases de aplicación que se describen a continuación: Descubrir hechos: ·

Precalentamiento: se comienza la sesión con una ambientación de unos 10 minutos, tratando un tema sencillo y no comprometido. Es una fase especialmente importante para los miembros sin experiencia.

Planteamiento del problema: se determina el problema, delimitándolo, precisándolo y clarificándolo. A continuación se plantea el problema recogiendo las experiencias que se poseen o consultando documentación. Cuando es complejo, conviene dividirlo en partes. Aquí es importante la utilización de análisis, desmenuzando el problema en pequeñas partes y conectando lo nuevo y lo desconocido.

Producir ideas (es la fase de tormenta de ideas propiamente dicha): ·

Se van aplicando las alternativas propuestas. Se busca producir una gran cantidad de ideas, aplicando los principios que hemos visto (principios y supuesto teóricos)... Además, es útil cuando se ha trabajado mucho, alejarse del problema, pues es un buen momento para que se produzcan asociaciones. Muchas de las nuevas ideas serán ideas antiguas, mejoradas o combinadas con varias ya conocidas.

Se incorporan las ideas surgidas después de la reunión.

Descubrir soluciones: ·

Se elabora una lista definitiva de ideas para seleccionar las que parecen más interesantes.

La selección se realiza desechando las ideas que no tienen valor y se estudia si son válidas las que se consideran interesantes. Lo mejor es establecer una lista de criterios de conveniencia o no de cada idea.

Se seleccionan las ideas más útiles y si es necesario se ponderarán. Pueden realizarlo los mismos miembros del grupo o crear otros para esta tarea, clasificadas por categorías.

Presentación de las ideas seleccionadas: se presentan de forma atractiva, ayudado de soportes visuales.

En las siguientes páginas se muestra el resultado de la producción de ideas para este trabajo.

100

101

Como indica el método, se deben seleccionar varias opciones de esta lista. El criterio tenido en cuenta es la estética, pero sobre todo la viabilidad a la hora de fabricarlo. Todos los diseños presentados en la página anterior difieren del mercado actual, por este motivo se ha priorizado la posible fabricación del vehículo. Para evaluar las opciones y elegir el vehículo final se ha decidido ponderar las principales características que afectan tanto al diseño como a la producción.

102

Forma Aerodinámica

Ahorro material

Estética

Fabricabilidad

Total

Tras la valoraciรณn se decide que el modelo con el que se trabajarรก es el siguiente:

103

Asientos Para el desarrollo de los asientos se utilizará la técnica conocida como SCAMPER. A continuación se procede a su explicación. Es una técnica de creatividad o de desarrollo de ideas creativas. Básicamente es una lista de chequeo, donde se generan nuevas ideas al realizar acciones sobre una idea base. Es un mnemónico donde cada letra de la palabra muestra una acción. Este método fue elaborado por Bob Eberlee a mediados del siglo XX, publicado en su libro con el mismo nombre y generado a partir de la lista de verificación verbal originada por Alex Osborn Se debe identificar el elemento, el producto, servicio, o proceso que se quiere mejorar. Se deben hacer las preguntas SCAMPER sobre el elemento, descubriendo nuevas ideas emergentes.

= Sustituir (Substitute)

= Combinar (Combine)

= Adaptar (Adapt)

= Magnificar (Magnify?) Modificar (Modify)

= Proponer (Put to other uses)

= Eliminar (Eliminate) o Minimizar (Minify)

= Reorganizar (Rearrange), Invertir (Reverse)

Este método de creatividad parte de un problema existente o estancamiento de actividad y sirve para reciclar o innovar sobre un producto o proceso. La idea que hay detrás de esta lista de verificación es que un producto, servicio, o proceso existente, tanto si son propios como si son de la competencia, se pueden mejorar si uno aplica una serie de verbos y preguntas relacionadas y persigue las respuestas para ver donde le llevan. Estos verbos indican posibles maneras de mejorar un producto, servicio, o proceso existente haciendo cambios. En el caso de esta lista, puede que se nos sugieran más alternativas a partir de las definiciones y frases adicionales que acompañan a cada uno de los verbos principales.

104

Verbo

Preguntas de Acciones Relacionadas

¿Quién más puede ser sustituido? ¿Qué más puede ser sustituido? ¿Podemos cambiar las reglas? ¿Otros ingredientes? ¿Sustituir?

¿Otros materiales? ¿Otro proceso o procedimiento? ¿Otra fuerza? ¿Otro sitio? ¿Una aproximación diferente? ¿Otra parte en vez de esta?

¿Qué ideas se pueden combinar? ¿Podemos combinar propósitos, intenciones? ¿Qué tal una colección? ¿Qué tal una mezcla, una aleación, una agrupación? ¿Combinar?

¿Combinar unidades? ¿Qué otros artículos podríamos mezclar con este? ¿Cómo podríamos empaquetar una combinación? ¿Qué se puede combinar para multiplicar los posibles usos? ¿Qué materiales podríamos combinar? ¿Combinar atractivos?

¿Qué más es como esto? ¿Qué otra idea te sugiere esto? ¿El pasado nos ofrece algún paralelismo? ¿Qué podríamos copiar? ¿Adaptar?

¿Qué podríamos emular? ¿Qué idea podríamos incorporar? ¿Qué otro proceso se podría adaptar? ¿Qué más se podría adaptar? ¿En qué diferentes contextos puedo incluir mi concepto? ¿Qué ideas de otros campos diferentes al mío puedo incorporar?

105

¿Qué podemos magnificar, ampliar, o extender? ¿Qué podemos exagerar? ¿Qué podemos sobredimensionar? ¿Qué podemos añadir? ¿Más tiempo? ¿Más fuerte? ¿Magnificar?

¿Más alto? ¿Más largo? ¿Qué tal con más frecuencia? ¿Características adicionales? ¿Qué puede dar valor añadido? ¿Lo podemos duplicar? ¿Cómo lo podríamos llevar a un extremo absoluto?

¿Cómo lo podemos alterar para mejorarlo? ¿Se puede modificar? ¿Hay alguna peculiaridad? ¿Cambiar el significado, el color, el movimiento, el sonido, el olor, la forma, la medida? ¿Cambiarle el nombre? ¿Modificar?

¿Otros cambios? ¿Qué cambios podemos hacer en los planes? ¿En el proceso? ¿En el marketing? ¿Qué otra forma podría tomar esto? ¿Qué otro embalaje? ¿Podríamos combinar el embalaje con la forma?

¿Para qué más se podría usar? ¿Hay nuevas maneras de usarlo tal y como es, tal y como está? ¿Proponer?

¿Otros usos si lo modificamos? ¿Qué más se podría hacer a partir de esto? ¿Otras extensiones? ¿Otros mercados?

106

¿Qué pasaría si fuese más pequeño? ¿Qué habría que omitir? ¿Lo tendría que dividir? ¿Trocearlo? ¿Separarlo en diferentes partes? ¿Reducir? ¿Hacer más eficiente? ¿Eliminar o minimizar?

¿Hacerlo en miniatura? ¿Condensar? ¿Compactar? ¿Restar? ¿Eliminar? ¿Qué hay que no sea necesario? ¿Qué nos revelaría un diagrama del proceso? ¿Qué otras organizaciones podrían ser mejores? ¿Intercambiar componentes? ¿Un modelo diferente? ¿Una distribución diferente?

¿Reorganizar?

¿Otra secuencia? ¿Cambiar el orden? ¿Transponer causa y efecto? ¿Cambiar la velocidad? ¿El ritmo? ¿Cambiar la planificación? ¿Puedo transponer positivo y negativo? ¿Cuáles son los opuestos? ¿Cuáles son los negativos?

¿Invertir?

¿Lo podemos girar?

reverse?

¿Le podemos dar la vuelta? ¿Lo de arriba en vez de lo de abajo? ¿Lo de abajo en vez de lo de arriba? ¿Considerarlo retrospectivamente? ¿Invertir los papeles?

En las siguientes páginas se explica la aplicación de este método al diseño del asiento

107

Sustituir… las formas tradicionales por formas más orgánicas

Combinar… la forma propuesta con medidas de seguridad requeridas en normativa introduciendo los apoyabrazos.

SCAM Proponer… dualidad de materiales para conseguir una mayor comodidad para el usuario

108

Eliminar o minimizar… la pieza complementaria de sujeción. La sujeción será lateral o de unión asiento-plataforma directo.

Adaptar… la forma de las restricciones de seguridad a la forma orgánica del asiento

Modificar… la parte superior del respaldo para evitar que los movimientos bruscos lesionen la zona cervical

MPER Reorganizar… la posición de los cojines. Por motivos de seguridad serán de una sola pieza

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Se estudia a continuación la morfología del asiento con el fin de conseguir una ergonomía adecuada. Para un diseño ergonómico de un elemento cualquiera de un puesto de trabajo hay que seguir el siguiente proceso de diseño: ·

Elección de la postura del usuario

Determinación de la altura del plano de trabajo

Delimitación de las zonas de alcance

Delimitación de las zonas de visión

Sin embargo, el asiento que se va a diseñar solo tiene en cuenta la postura que el usuario debe tener. En este caso sentado. Como modelo de medidas antropométricas se ha utilizado la siguiente tabla.

Tabla antropométrica para adultos británicos con edad entre 19-65 años (todas las dimensiones en mm excepto el peso, dado en kg.) 110

En lo referente al asiento de la atracción, se diseñará para las medidas extremas de la población. Los requerimientos dependerán del uso y propósito del elemento en cuestión. Es importante en lo que respecta también a las aplicaciones de seguridad. Se analizan las dimensiones más significativas:

Dimensiones de una silla ·

Altura del asiento (H) En antropometría, la altura poplítea es la distancia vertical que se toma desde el suelo hasta la zona inmediatamente posterior de la rodilla de un individuo sentado y con el tronco erguido. Con la parte de los muslos y la posterior de la rodilla tocando apenas la superficie de asiento, estas y los tobillos serán perpendiculares entre sí. En la tabla corresponde al número 16. A medida que la altura del asiento aumenta por encima de la altura poplítea del usuario sentirá mayor presión en la parte inferior de los muslos. La resultante reducción de la circulación en las extremidades inferiores puede llevar a una sensación de hormigueo, pies hinchados y considerables molestias. A medida que la altura decrece, el usuario tendrá mayores problemas al levantarse y sentarse debido a la distancia que su centro de gravedad tiene que recorrer. Además, necesitará mayor espacio para las piernas. Por lo tanto, la óptima altura de asiento es alrededor de la altura poplítea. Donde esta no se puede conseguir se prefiere un asiento bajo antes que uno demasiado alto. Para muchas finalidades se utiliza el percentil 5 de mujer de altura poplítea.

Profundidad de asiento (D) Si la profundidad del asiento supera la longitud de la rodilla a la pelvis (percentil 5 de mujer: 435 mm), el usuario no será capaz de llegar al respaldo de forma efectiva sin soportar una presión inaceptable en la parte posterior de las rodillas. Además, cuando más profundo es el asiento, mayores serán los problemas al levantarse y sentarse. La mínima medida de profundidad es más difícil de definir. Un asiento pequeño, de 300 mm, sujetará la pelvis y puede ser adecuado.

Anchura de asiento Con la finalidad de soporte, se requiere una anchura 25 mm menor por ambos lados que la anchura de caderas de mujer, 350 mm serán adecuados. Sin embargo, para tener cierta holgura entre los apoyabrazos el espacio tiene que ser adecuando al mayor usuario. La anchura de cadera del 111

percentil 95 de mujer sin ropa es de 435. En la práctica, permitiendo ropa y un margen de maniobra, se requiere un mínimo de 500 mm. En algunos casos la anchura entre codos es más relevante: el percentil 95 en hombre vestido 550. ·

Dimensiones del respaldo A la hora de diseñar un asiento se habla de bajo, medio y alto respaldo. En una atracción, la espalda del usuario tiene que tener contacto con la superficie del respaldo en todo momento. Para este caso no se utilizará ninguna separación. Sin embargo, las dimensiones referidas a ciertos elementos son interesantes. Para saber la altura del respaldo hay que tener en cuenta el percentil 95 de hombre, se necesitan un mínimo de 900 mm. Independientemente de la altura, generalmente es preferible y a veces esencial que el respaldo esté contorneado con la forma de una columna vertebral. En particular, es útil para dar “soporte positivo” a la región lumbar con la forma de una convexidad o una almohadilla. En un asiento fijo la altura del punto medio de la curva lumbar debe estar entre 195 y 225 mm. Por encima de la región lumbar el respaldo tiene que ser recto o ligeramente cóncavo. Sin embargo, la forma del respaldo no debe ser excesivamente curvada. En 1974 Andersson descubrió que una almohadilla lumbar que sale 40 mm del plano principal del respaldo da soporte a la espalda en una posición que se aproxima a la postura natural. En cuanto a la anchura del respaldo se tomará como mínimo el percentil 95 de la anchura de hombros de hombre 510 mm.

Ángulo del respaldo (α) A medida que el ángulo crece, se soporta mayor proporción del peso del tronco. Sin embargo, crece la componente horizontal de la fuerza de compresión. Esto lleva a que el usuario resbale del asiento a no ser que haya una correcta inclinación en la base del asiento, una gran rugosidad en la tapicería o esfuerzo muscular por parte del sujeto. También empeora la facilidad para sentarse y levantarse. La interacción de estos factores determina que la inclinación óptima se encuentra entre 100º y 110º.

Inclinación del asiento (β) Un ángulo positivo del asiento ayuda al usuario a mantener contacto con el respaldo y ayuda a prevenir el deslizamiento del usuario hacia fuera del asiento. Una inclinación excesiva reduce el ángulo entre la cadera y el tronco y facilita levantarse y sentarse. Para la mayoría de aplicación 5-10º es una buena inclinación.

Apoyabrazos Los apoyabrazos pueden dar más apoyo postural y ser una ayuda para ponerse de pie y de sentarse. Soportan la parte carnosa del antebrazo. A menos que esté muy bien acolchado, no debe involucrar a las partes óseas de la articulación del codo, donde el muy sensible nervio cubital está cerca de la superficie. Un apoyabrazos que es algo menor que la altura de los codos es

112

probablemente preferible a una que es mayor. Un apoyabrazos de 200-250 mm por encima de la superficie de asiento se puede considerar adecuado. Superficie del asiento El propósito de la forma o el relleno de la superficie del asiento es proporcionar una adecuada distribución de la presión. La opinión consensuada de los expertos sugiere que: -

La superficie de asiento debe ser más o menos plana, en lugar de tener otras formas, aunque un borde frontal redondeado es deseable

La tapicería debe ser "firme" en lugar de "suave" (se calcula que un usuario pesado no debe deformar más de 25 mm)

Los materiales de la cubierta deben ser porosos para la ventilación y ásperos para ayudar a la estabilidad.

En el siguiente esquema se pueden observar las medidas anteriormente decididas aplicadas en el asiento resultante del método SCAMPER.

210

200

900

550

400

5º

550

420

113

Sistemas de seguridad Las restricciones de seguridad del asiento varían de acuerdo al diseño y tipo de atracción, permitiendo así un importante nivel de especialización, incluyendo el uso de restricciones ajustables, cuyo uso está muy generalizado. El diseño de las restricciones se basa generalmente en el perfil físico del percentil 95 para alojar cómodamente a la gran mayoría de la población que se monta en atracciones. Las pautas del fabricante ayudan a los parques de atracciones a establecer las directrices que determinan qué usuarios pueden hacer uso de la atracción: tamaño de la persona, discapacidades y otros factores. Tales acciones pueden incluir el cambio de ubicación de ciertos clientes. También se proporciona información en referencia a cuestiones de tamaño y de discapacidad a través de la señalización, folletos o materiales de la web y asientos de prueba al inicio de las colas de las atracciones. Las restricciones se someten a pruebas rigurosas en la fase de diseño y las directrices de la industria se revisan continuamente a través del proceso dictado por ASTM. Las restricciones están diseñadas para controlar las fuerzas previstas de una atracción y las reacciones de sus usuarios. A menudo hay al menos dos dispositivos de sujeción en el asiento. Las restricciones son sólo una parte de las medidas de seguridad generales de toda la montaña rusa. ASTM comparte información sobre los cambios o actualizaciones de las normas a través de foros de la industria (seminarios de educación, etc.) y protocolos para los fabricantes para informar a los parques de los cambios de seguridad relacionados con las atracciones. Conociendo la información necesaria referente a las restricciones de seguridad del asiento, se decide utilizar una técnica de toma de decisión entre las opciones que existen en el mercado, preferentemente sobre la innovación de un sistema nuevo de agarre. Una vez decidido el tipo de barra que se pondrá al asiento se adaptará el diseño que se ha establecido en el vehículo y el asiento. Se utilizan los métodos comparativos para la selección de una opción entre varias. La vertiente económica no resulta suficiente para escoger la mejor alternativa, así que se contemplan otros factores igual de importantes o más que el factor económico. Para ello hace falta realizar un análisis donde se tengan en cuenta todos los factores que intervienen para poder escoger la solución más adecuada. Entre los diferentes métodos que existen se ha decidido utilizar el método multicriterio. El análisis multicriterio, análisis multi objetivo, también abreviado como AMO, es un instrumento que se utiliza para evaluar diversas posibles soluciones a un determinado problema, considerando un número variable de criterios. Se utiliza para apoyar la toma de decisiones en la selección de la solución más conveniente. El procedimiento sigue la siguiente secuencia:

114

1. ¿Cuáles son las alternativas a comparar?

8. Puntuación

cada alternativa por

criterio.

2. ¿Cuáles son los criterios de selección? 3. Agrupar los criterios por temas.

9. Ponderación de cada criterio.

4. Precisar el significado de cada criterio.

10. Tablas resumen.

5. Justificar la elección de cada criterio.

11. Presentaciones gráficas de resultados.

6. Comportamiento del criterio.

12. Conclusiones razonadas.

7. Intervalo de estudio. A continuación, se procederá a la definición de las alternativas y de criterios. ·

Definición de las alternativas

Hay dos tipos principales de restricciones: lapbar (barra de regazo) y over-the-shoulder harness (arnés sobre los hombros). Las restricciones siempre utilizan mecanismos de bloqueo, uno a cada lado, para asegurar la protección. Si falla la restricción, esta permanecerá bloqueada. La mayoría de las montañas rusas también tienen cinturones de seguridad que pueden actuar como dispositivos de seguridad secundarios. En los arneses sobre los hombros este cinturón de seguridad es cosmético normalmente, así como la cerradura del mismo. Se procede a explicar los dos tipos de restricciones ya nombrados. Esta información será la base para la toma de decisión para nuestro vehículo.

Over-the-shoulder harness Este tipo de restricciones son el tipo más común. Consiste en una barra en forma de U acolchada montada en la parte superior de cada asiento que oscila hacia abajo. Las montañas rusas con muchas inversiones suelen tener este tipo de restricción. Además, casi todas las montañas rusas invertidas y montañas rusas sin suelo tienen este tipo de restricción, ya que es difícil montar una restricción de lapbar. Una desventaja de las restricciones de hombros es que pueden proporcionar

incomodidad

usuario,

conocido

entre

los

entusiastas de las montañas rusas como el headbanging, golpes de la cabeza contra la restricción, especialmente en las montañas rusas con más número de inversiones. Se suele recomendar a los usuarios que se quiten los pendientes antes de montar en atracciones con restricciones de hombro. En otras, es obligatorio retirarse las joyas.

115

Lapbars Las barras de regazo se usaron por primera vez en 1907 en Coney Island en la atracción Drop the Dip. Las restricciones Lapbar consisten en una barra acolchada montada en el suelo o en el lado del tren que se balancea hacia el asiento hasta colocarse sobre regazo del usuario. Estas restricciones se encuentran generalmente en montañas rusas que carecen de inversiones. Algunas montañas rusas inversas, especialmente las creadas por Anton Schwarzkopf operan de forma segura sin necesidad de sujeciones para los hombros. Históricamente, las montañas rusas inversas con lapbars sólo podían realizar bucles verticales. Gracias a la gran fuerza centrípeta y la baja fuerza lateral que se produce al atravesar un simple bucle de clotoide se mantiene a los usuarios en el tren de forma segura. Sin embargo, con los avances producidos en la ingeniería, cada vez más montañas rusas con inversiones complicadas son capaces de funcionar sin arneses sobre los hombros. Por ejemplo, la mayoría de las montañas rusas de Premier Rides, las cuales tienen múltiples inversiones, operan con sólo lapbars. Las restricciones de lapbar dan al usuario mucha más libertad de movimiento que las restricciones de hombros, aumentando la sensación de peligro. Hay ocasiones en que las restricciones de seguridad

hombro

han

sustituido

por

restricciones de barra de regazo, permitiendo un viaje en la atracción más cómodo.

Definición de los criterios

Para poder establecer los criterios de trabajo y plantear las alternativas a estudiar, previamente hace falta tener presente diversas pautas de diseño. Se evaluarán las dos opciones en función de las siguientes reglas de diseño: 1.

Regla de accesibilidad: Afirma que los diseños deben ser utilizables, sin adaptaciones o

modificaciones especiales, por parte de personas con diferentes capacidades. Los diseños accesibles presentan cuatro características: perceptibilidad, operatividad, simplicidad e indulgencia.

perceptibilidad se logra cuando todo el mundo es capaz de percibir el diseño con inde pendencia de sus capacidades sensoriales. La operatividad se logra cuando todos pueden utilizar el diseño, sean cuales sean sus capacidades físicas. La simplicidad se logra cuando todo el mundo puede entender y utilizar

116

fácilmente el diseño con independencia de su experiencia. La indulgencia se logra cuando los diseños minimizan la aparición de errores y consecuencias de los mismos. 2.

Regla del factor de seguridad: El diseño exige tratar con incógnitas. No importa que el diseñador

posea muchos conocimientos y que haya investigado a fondo las características del diseño: las suposiciones básicas sobre las incógnitas de uno a otro tipo son inevitables en todos los procesos. Para contrarrestar los efectos potenciales de estas incógnitas se recurre a los factores de seguridad 3.

Regla de la jerarquía de necesidades: Especifica que un diseño debe satisfacer las necesidades

más básicas antes de empezar a centrarse en necesidades más elevadas, como la creatividad. Los cinco niveles clave de necesidades son los siguientes: necesidades de funcionalidad, necesidades de fiabilidad, necesidades de utilización, necesidades de competencia y la creatividad.

• Creatividad

• Competencia

• Utilidad

• Fiabilidad

• Funcionalidad

Jerarquía de necesidades 4.

Regla de diseño de satisfacción: La decisión más adecuada en diseño no siempre es la óptima.

En determinadas circunstancias, el éxito de un diseño se logra mejor con decisiones que satisfagan “a medias” las necesidades de diseño. Existen tres tipos de problemas en los que conviene tener en cuente la satisfacción parcial: las situaciones muy complejas, aquellas que tienen un límite de tiempo y los problemas para los que todo lo que vaya más allá de una solución satisfactoria provoque un descenso del rendimiento. Los problemas complejos de diseño se caracterizan por poseer un gran número de variables en interacción. Se consigue una satisfacción parcial porque se reconoce que, debido a la complejidad, es improbable una solución óptima. Los problemas con límite de tiempo se caracterizan por contar con marcos temporales que no permiten adecuar el análisis o el desarrollo de una solución óptima. El último caso es aquel en que la solución óptima reduce el rendimiento en comparación con la opción satisfactoria. A continuación se procede a la evaluación de cada criterio en los dos casos a estudiar. 117

Puntuación Criterio

Accesibilidad

Ponderación

Over-the-shoulder harness

Lapbar

El diseño se hará ergonómico para percentil 5 de mujer y 95 de hombre, con posiciones extremas adaptables a todo el rango que se abarca. 4

Factor de seguridad

Por norma general, las protecciones de hombros sujetan de forma más segura a los pasajeros que las barras de regazo. Por ello, con una protección de tamaño similar, tiene mayor factor el arnés sobre los hombros. 4

Funcionalidad

0,3333

Jerarquía de necesidades

0,2667

0,2

0,1333

118

0,0667

Aun siendo ambos mecanismos sencillos, la barra de regazo proporciona una mayor libertad de movimientos. Además, simplifica el conjunto al no tener cinturones de seguridad. 2

Creatividad

En cuanto a la facilidad y el grado de indulgencia en el uso, ambos diseños son sencillos e intuitivos de utilizar. 2

Competencia

Ambas opciones obtienen resultados estables y consistentes. Sin embargo, por motivos de seguridad se han dado casos en los que se han tenido que sustituir barras de regazo por arneses sobre los hombros, para garantizar una mejor sujeción del pasajero. 4

Utilidad

Ambas restricciones cumplen su cometido, satisfaciendo las necesidades de diseño más básicas. 4

Fiabilidad

Así como las formas de los arneses de hombros tienen siembre una morfología similar, las barras de regazo tienen una u otra forma en función de las g’s que se soportan.

Puntuación Criterio

Ponderación

Satisfacción

Over-the-shoulder harness

Lapbar

Debido a lo complejo de la situación, se decide que la decisión óptima sería el arnés de hombros, por su mayor factor de seguridad, sin embargo, se prioriza la experiencia del usuario como opción más satisfactoria.

Puntuación total

12,333

Debido a que la ponderación de cada atributo no es en absoluto determinante se decide analizar cada atributo por separado. A continuación, se representan los resultados en un gráfico radial haciendo distinción en cada criterio que se ha explicado. Accesibilidad 4 3 2 1

Satisfacción

Factor de seguridad

Jerarquía de necesidades Over-the-shoulder harness

Lapbar

Los resultados de ambas opciones en esta comparativa apenas se diferencian, se debe escoger qué priorizar, si la satisfacción del usuario o una seguridad mayor con menores dispositivos. Para proporcionar una mayor libertad al usuario durante el recorrido se decide escoger el método de la barra de regazo. Se utilizarán criterios ergonómicos en el dimensionado, sin embargo, como se ha concretado en el brief, no se diseñará el mecanismo interno.

119

DISEÑO DE LA VÍA METODOLOGÍA DEL DISEÑO Para el diseño conceptual de la vía se busca una morfología atractiva y que además proporcione al usuario una experiencia gratificante. Gracias a la búsqueda de información inicial sabemos los diferentes elementos que conforman algunas de las montañas rusas existentes. En el proceso de creación de la forma de la vía se combinarán algunos de esos elementos hasta encontrar el diseño final. La técnica de creatividad que se utilizará será la de los “Cuadros morfológicos”. A continuación hay una breve explicación del procedimiento. Este método tiene como objetivo la generación de propuestas alternativas conceptuales de diseño para un determinado producto industrial aplicando la técnica del análisis morfológico. Partiendo del listado de atributos del producto, persigue la creación de un nuevo produ3cto recombinando sus componentes y generando nuevas propuestas conceptuales. Los pasos que conforman esta metodología son los siguientes:

1) Se estudian los atributos más importantes del producto. Para esta etapa inicial resultan de especial utilidad las listas de atributos predefinidas, propias o propuestas por diferentes autores. 2) Se plantean alternativas para cada uno de los atributos estudiados: diferentes formas, funciones alternativas, cambios estéticos, variación en el tipo y número de materiales a utilizar, etc. 3) Se construyen todas las combinaciones. Es la búsqueda del denominado producto morfológico. 4) Se analizan todas las combinaciones y se decide si son viables. El análisis se realiza al azar o enumerando todas las combinaciones y analizándolas una a una.

El resultado del análisis morfológico se recoge en una tabla o matriz de relaciones entre los atributos escogidos y las variantes seleccionadas para los atributos. Al multiplicar el número de atributos por sus diferentes variantes, nos aparece el denominado “producto morfológico” que da lugar a la correspondiente matriz que recoge todas y cada una de las combinaciones posibles. Una vez tenemos la matriz con los atributos y sus variantes esbozadas a nivel conceptual (mediante texto y/o representación gráfica), se trata de indagar y explorar combinaciones. De esta manera, se obtienen las diferentes “rutas” que conducen a las alternativas de diseño. A continuación se exponen las opciones que han resultado del método aplicado.

120

Opción 1 Estación

Colina ascensora

Launch

Airtime

Vertical Loop

Dive Loop

Inclined Loop

Top Hat

Pretzel Loop

Corkscrew

Sea Serpent

Cobra Roll

Top Hat

Pretzel Loop

> 90º

Airtime Launch

Estación

Vertical Loop

En esta configuración el método de accionamiento sería un sistema de propulsión lineal. La primera bajada de la atracción tendría más de 90 grados. Tras esta gran caída, la atracción es más amable que el resto de opciones, tiene únicamente dos loopings y el recorrido se completa con secciones de airtime. Por lo tanto, en esta atracción la sensación de ingravidez predomina

121

Opción 2 Estación

Colina ascensora

Launch

Airtime

Vertical Loop

Dive Loop

Inclined Loop

Top Hat

Pretzel Loop

Corkscrew

Sea Serpent

Cobra Roll

Airtime Cobra Roll

Inclined Loop

Estación

Airtime

Corkscrew

Launch

En esta atracción encontramos elementos de todo tipo. Se ha evitado el looping vertical tradicional con la intención de proporcionar al usuario sensaciones alternativas. Entre los elementos más contundentes hay colinas de airtime para crear unos instantes de descanso antes de entrar en elementos con más acción. El método de accionamiento también sería un sistema de propulsión lineal, proporcionando la energía necesaria para realizar el recorrido

122

Opción 3 Estación

Colina ascensora

Launch

Airtime

Vertical Loop

Dive Loop

Inclined Loop

Top Hat

Pretzel Loop

Corkscrew

Sea Serpent

Cobra Roll

Colina ascensora Sea Serpent

Estación

Vertical Loop Dive Loop Corkscrew

Airtime

En esta atracción, a diferencia que las dos opciones anteriores, la manera de proporcionar energía al vehículo es mediante una colina ascensora. Es una vía más tradicional, apuesta por comenzar con dos loopings verticales y un sacacorchos. Luego proporciona una cierta relajación mediante colinas de artime. Por último, para sorpresa del usuario despistado, antes de llegar a la estación hay un último y pequeño elemento, un looping llamado Sea Serpent.

123

Elección final En un intento de evitar las formas más tradicionales se ha elegido la segunda opción. En el siguiente esquema se pueden apreciar los componentes más importantes que conforman la vía de la atracción. ·

En cuanto al sistema de accionamiento, un sistema de propulsión lineal evita la creación de enormes colinas ascensoras proporcionando la energía necesaria para llegar hasta el final del recorrido.

Los elementos de acción se intercalan con colinas de airtime proporcionando descanso a los usuarios y estabilidad en el recorrido.

A la hora de elegir la función matemática que modela cada curva se escogerán aquellas que hagan sentir al usuario un viaje continuo y fluido, sin cambios bruscos de aceleración.

Su morfología transgresora será un atractivo para los amantes de las montañas rusas, pero también para cualquier usuario atrevido que disfrute de un día en el parque de atracciones.

Airtime

Corkscrew

124

Cobra Roll Inclined Loop

Airtime

Launch

125

BLOQUE 3 DISEÃ&#x2018;O FORMAL

126

Principios de diseño Predimensionado de la vía Masa del vehículo Aerodinámica del vehículo Selección de ruedas Cálculo de la vía Montaje de las ruedas Sujeción del asiento Movilidad del vehículo Modelado 3D Planos

127

PRINCIPIOS DE DISEÑO ASIENTOS, PLATAFORMA Y RUEDAS El objetivo principal de un ingeniero de una montaña rusa es la de gestionar con éxito todas las fuerzas resultantes que actúan sobre el vehículo y sus pasajeros. Un buen diseño se encargará de gestionar las variables de tal manera que la mayoría de la energía de tracción o de lanzamiento del vehículo al punto más alto se disipa totalmente cuando el vehículo vuelve a la posición inicial. Así, los usuarios se divierten desde el momento del despegue hasta que se produce el retorno suave y seguro a la zona de carga. Todo esto se consigue mediante la gestión eficaz del arrastre y otras fuerzas resistentes. En este sentido, los pilotos de carreras y de avión han influido en el diseño de montañas rusas. Hay numerosas similitudes en las difíciles maniobras aéreas de un piloto y las inversiones de una montaña rusa. De hecho, muchos de los nombres de los elementos de las inversiones de las montañas rusas, tales como el Giro Immelman, provienen del equivalente en la industria aeroespacial. Por ejemplo, uno de los factores más importantes en las carreras es la capacidad de minimizar las cargas laterales en el coche de carreras al tomar el mejor (léase: más suave) camino a través de un giro de alta velocidad. Esto se hace mediante la maximización del radio a través de la curva. La técnica de pilotaje aéreo es la misma. Un piloto de una línea aérea comercial gira el avión sin problemas y coordina el giro gracias a la aplicación correcta del timón. De lo contrario, se estarán poniendo tensiones excesivas en el equipo y causará molestias a los pasajeros. Los ingenieros de montañas rusas tienen el mismo objetivo.

Las fuerzas g Las fuerzas g no son una medida de fuerza sino una medida intuitiva de aceleración. Está basada en la aceleración que produciría la gravedad terrestre en un objeto cualquiera en condiciones ideales (sin atmósfera u otro rozamiento). Los entusiastas de las montañas rusas pueden decir que disfrutan de la sensación de velocidad en una montaña rusa. En realidad, el ser humano no puede sentir la velocidad, lo que captamos es la aceleración, las fuerzas g. ¿Se puede sentir la rotación de la Tierra mientras gira bajo nuestros pies? Volando a 490 km por hora en un avión comercial se siente exactamente lo mismo que bajando la calle a 30 km por hora en un Toyota Corolla. En otras palabras, sin un punto de referencia es imposible saber cómo de rápido te estás moviendo. No es la consistencia de cualquier movimiento la que crea una sensación notable, sino la variación; las detenciones y arranques; las deceleraciones y aceleraciones. Por esta razón, el objetivo del diseñador al crear una montaña rusa emocionante siempre debe ser el de producir el máximo número de aceleraciones seguras para el usuario como sea posible. Sacudirlos, 128

producir una serie de altibajos, apretarlos contra el asiento y después despegarlos; magnificar y maximizar el sentimiento que hace que los adictos de las atracciones hagan cola durante horas. Cuando los seres humanos están sometidos a grandes fuerzas g, la sangre se ve forzada desde la cabeza a los pies, causando eventualmente que se nuble la vista. Las montañas rusas también proporcionan empuje negativo en la aceleración provocando que los usuarios momentáneamente se levanten de sus asientos y se produzca "ingravidez." A medida que el vehículo sobrepasa la cima de la colina, la carga de los pasajeros se vuelve menor que la gravedad de la tierra y podría llegar a lanzar un pasajero fuera del vehículo. Las atracciones con montones de momentos “airtime” o “mariposas en el estómago” se posicionan entre las mejores en los rankings mundiales. The Voyage en Holiday World contiene 24,3 segundos de airtime en sus 1,96 km de vía. Las aceleraciones negativas pueden no ser recomendables ya que bajo altas aceleraciones negativas la sangre sube a la cabeza. Los diseñadores pasan incontables horas calculando los valores de los radios de las colinas airtime para producir la mejor sensación de ingravidez mientras se mantienen las normas de seguridad. Se trata de un reto debido a que el tren no suele viajar a velocidad constante a lo largo de la colina, por lo que las aceleraciones varían, especialmente en los trenes más largos, de delante a atrás. Una gran parte de las colinas modernas airtime son parabólicas, es decir, el radio disminuye a medida que se acerca a la cresta de la colina. La velocidad en la cresta es superior cuando el primero y el último de los coches la atraviesan. Esto se debe a que el centro de gravedad del tren completo está más bajo, provocando una mayor energía cinética y menos energía potencial. Como resultado, los asientos delanteros y traseros ofrecerán mayores picos en airtime, pero los asientos del medio del tren serán más consistentes (en elementos con forma simétrica). Todo fan de las montañas rusas tiene una preferencia de sentarse en la parte delantera o la parte trasera del tren, debido a las diversas experiencias de viaje. Hay quienes prefieren la sensación de hundimiento del primer coche, ya que rápidamente se sumerge bruscamente en valles angulosos, y luego están aquellos que prefieren el último coche para la emoción del latigazo cervical de ser arrastrado por encima de las colinas.

Energía potencial y cinética El funcionamiento de las montañas rusas gira alrededor de la energía cinética, la energía del movimiento, frente a la energía potencial, la energía de posición. Estas atracciones almacenan la energía mecánica para operar en lugar de un motor. Cuando un vehículo viaja cuesta abajo intercambia su elevación por velocidad. La velocidad máxima generalmente se logra de una de estas dos maneras: o se levanta el vehículo hasta la cima del punto más alto de la pista por un sistema y, a continuación, se libera o se utiliza un mecanismo para lanzar el vehículo en punto muerto a su máxima velocidad. 129

Cuando los coches de la montaĂąa rusa se desploman hacia abajo en la primera caĂda la energĂa potencial del vehĂculo se convierte en energĂa cinĂŠtica. El coche disminuye la altura y su velocidad aumenta. Cuando los coches encuentran la siguiente colina, la energĂa cinĂŠtica se agota cuando el vehĂculo gana altura y se ralentiza. El vehĂculo transforma su energĂa potencial y cinĂŠtica cada ida y vuelta sobre cada colina y bucle. Al mismo tiempo, siempre se pierde un poco de energĂa por fuerzas resistivas como la fricciĂłn.

La fricciĂłn y el arrastre La velocidad de un tren de una montaĂąa rusa depende en primer lugar de la cantidad de energĂa de entrada en el punto de salida. Esta depende de la altura de la elevaciĂłn de la colina o la puesta en marcha de energĂa (donde la velocidad, đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł = ďż˝2đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;â&#x201E;&#x17D;). DespuĂŠs de que la montaĂąa rusa ha alcanzado su punto mĂĄs alto, sigue cuesta abajo a partir de ahĂ. La velocidad del vehĂculo es funciĂłn de los cambios en

la elevaciĂłn y los diversos factores de arrastre que tienden a reducir la velocidad. ÂżPor quĂŠ la velocidad es importante? Si el tren va demasiado lento puede no ser capaz de completar la longitud de la pista. Si va demasiado rĂĄpido, las fuerzas sobre los usuarios pueden ser demasiado grandes y causar lesiones. El sistema de una montaĂąa rusa no es ideal, no toda la energĂa se conserva. La fricciĂłn es la causa principal de fugas de energĂa en el sistema y la razĂłn por la que la energĂa mecĂĄnica no se conserva totalmente. Esto es debido a que la fricciĂłn es una fuerza no conservativa. Las fuerzas no conservativas son fuerzas que causan un cambio en la energĂa mecĂĄnica total. La fricciĂłn se opone al movimiento trabajando en la direcciĂłn opuesta. La fricciĂłn entre el tren y las vĂas, asĂ como entre el tren y el aire, disminuye la energĂa del sistema provocando el retraso del tren y la creaciĂłn de calor y sonido. Este efecto es mĂĄs notable al final de la carrera cuando el resto de energĂa cinĂŠtica es eliminado del sistema a travĂŠs de los frenos y convertido en calor. Debido a que la energĂa se pierde a causa de la fricciĂłn, cada una de las sucesivas colinas o bucles debe tener una altura menor que la de todas las colinas o los bucles anteriores, de lo contrario el tren no tendrĂĄ la energĂa suficiente para hacer todo el camino alrededor del circuito. Si no hubiera fricciĂłn, una montaĂąa rusa podrĂa rodar alrededor de la pista para siempre sin bajar el ritmo. Otros factores que pueden influir en la velocidad del tren de una montaĂąa rusa son: 1. Viento: la direcciĂłn y la velocidad del viento afecta a la velocidad del tren y a veces obliga a un parque a cerrar la atracciĂłn hasta que las condiciones sean seguras para operar). 2. Carga: Un tren cargado (con dummies rellenos de agua o personas) va a ir mĂĄs rĂĄpido que un tren descargado. 3. ComprobaciĂłn de los cojinetes de las ruedas: el correcto montaje de las ruedas reduce la

130

fricción interna y el calor. 4. Lubricación de los cojinetes de las ruedas: la cantidad y el tipo de grasa afecta a la velocidad del tren. 5. Lubricación de la vía: Si la vía está lubricada, el tren va a viajar más rápido debido a la menor fricción y menores pérdidas de carga. La lubricación de la vía también evita el desgaste excesivo de los rieles y las ruedas, especialmente los de las montañas rusas de madera.

Estos factores juegan roles mayores o menores en función del tipo de montaña rusa: de madera o de acero. La lubricación de pista es principalmente una preocupación en atracciones de madera, mientras que el material de la rueda es un factor importante para las atracciones de acero. El parque es capaz de controlar un par de estas condiciones, tales como el número de personas permitido en el tren así como cuando utilizar lubricación. Otros factores no pueden ser controlados, como la temperatura y el viento (a menos que se construyan enteramente en el interior) o la lubricación natural efecto de la lluvia. La hora del día es otro factor de influencia, especialmente en una montaña rusa de madera. Este suele estar directamente relacionado con la temperatura. A la mañana, los trenes han soportado frío toda la noche y no se han recalentado. A menudo, hacia el final del año, los parques de atracciones harán funcionar las atracciones en "peso muerto" solo para obtener un buen movimiento en el recorrido. Esto es debido a que la temperatura de las ruedas, si están frías, producen un viaje mucho más lento que si la atracción ha estado funcionando todo el día. Por ello, los entusiastas les gusta montar por la noche; unas ruedas calientes significan que los viajes serán más rápidos y las sensaciones en airtime mayores. Las montañas rusas han establecido valores máximos y mínimos para la duración de trayecto. Cuando se ejecuta demasiado lento, la lubricación se activa y los frenos se activan rápido. Algunas atracciones también utilizan estos frenos durante la operación normal con el fin de mantener una velocidad segura mediante la aplicación de un leve frenado cuando el tren pasa sin parar. También hay diferentes tipos de lubricantes a utilizar dependiendo de la época del año.

131

CĂ LCULO DE LA VĂ?A INTRODUCCIĂ&#x201C;N SegĂşn la norma UNE-EN 13814, la pendiente longitudinal de los raĂles debe estar limitada de manera que las fuerzas resultantes con respecto a los ĂĄngulos perpendiculares a la misma no sean menores de 0,2 g en el caso mĂĄs desfavorable. Este valor tambiĂŠn se puede aplicar al coche con la velocidad mĂĄs alta en caso de trenes. Si la fuerza resultante fuera inferior a este valor, los pasajeros deben asegurarse contra el despegue. Para determinar la inclinaciĂłn teĂłrica transversal Îą de los raĂles que hace que la fuerza transversal en el coche sea cero para una determinada velocidad, se puede utilizar la siguiente fĂłrmula tan đ?&#x203A;źđ?&#x203A;ź =

đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł 2 cos 2 đ?&#x203A;žđ?&#x203A;ž

đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;â&#x201E;&#x17D; (đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? +

đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł 2 đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł )

El ĂĄngulo Îą se debe medir perpendicularmente a Rh y a los raĂles. En la anterior fĂłrmula: đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł

es la velocidad del coche;

đ?&#x203A;žđ?&#x203A;ž

es la pendiente longitudinal de los raĂles;

đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł

es el radio vertical; (+ para valle; - para pico)

đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;â&#x201E;&#x17D;

es el radio horizontal;

La inclinaciĂłn transversal mĂĄxima de los raĂles en los puntos donde el coche va a realizar una parada completa, por razones de funcionamiento, debe estar limitada a un valor mĂĄximo de 25Âş. La forma de los raĂles se debe elegir de manera que los cambios teĂłricos instantĂĄneos en la aceleraciĂłn no excedan el valor absoluto de 2 g en el centro de masas. Cuando existan varios coches enganchados se debe utilizar el centro de masas global del conjunto que forman todos ellos. En la ilustraciĂłn de la derecha el balance de energĂa entre los puntos 1 y 2 es el siguiente: 1 1 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł22 + đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D; â&#x201E;&#x17D;2 = đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł12 + đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D; â&#x201E;&#x17D;1 â&#x2C6;&#x2019; đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122; â&#x2C6;&#x2019; đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; 1 đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122; â&#x2C6;&#x2019; đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; 2 đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122; 2 2

đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł1

es la velocidad en el punto 1;

đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

es la masa total del vehĂculo;

đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;2

es el rozamiento de las ruedas guĂa;

â&#x201E;&#x17D;1

es la elevaciĂłn en el punto 1;

đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018; es la fuerza de arrastre;

132

đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł2

es la velocidad en el punto 2;

â&#x201E;&#x17D;2

es la elevaciĂłn en el punto 2;

đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;1

es la rozamiento de las ruedas de carga;

đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;

đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;

es la aceleraciĂłn de la gravedad;

es la longitud entre 1 y 2 ;

Leyenda 1. 2. 3. 4.

Planta Eje de la vía Alzado Eje de la vía

Planta y alzado de la pista de raíles

Sección transversal de los raíles mostrando la carga y las ruedas de guía 133

De la fĂłrmula del balance de energĂas se deriva la siguiente: 2 đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł22 = đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł12 + 2 đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D; â&#x201E;&#x17D; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C; đ??´đ??´ đ?&#x153;&#x152;đ?&#x153;&#x152; đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

|đ??ťđ??ť| đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;1 2đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;2 2 đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122; â&#x2C6;&#x2019; ďż˝đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;1 + đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;2 ďż˝ (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030; + |đ??ťđ??ť| tan đ?&#x203A;żđ?&#x203A;ż) â&#x2C6;&#x2019; ďż˝đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021; ďż˝ďż˝ďż˝1 + đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;2 ďż˝ đ??ˇđ??ˇ1 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ??ˇđ??ˇ2 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; cos đ?&#x203A;żđ?&#x203A;ż

A continuaciĂłn se explica la nomenclatura de las ilustraciones y ecuaciĂłn anterior. đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

es el ancho de vĂa;

đ?&#x203A;˝đ?&#x203A;˝

es el ĂĄngulo de inclinaciĂłn real de los raĂles;

ďż˝ďż˝ďż˝ďż˝â&#x192;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł

es el radio vertical del eje de los raĂles;

đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;

đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019;

es la aceleraciĂłn de la gravedad;

đ?&#x203A;źđ?&#x203A;ź

es la pendiente longitudinal de los raĂles;

ďż˝ďż˝ďż˝ďż˝â&#x192;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;â&#x201E;&#x17D;

es el radio horizontal del eje de los raĂles;

đ??śđ??śâ&#x201E;&#x17D;

es la fuerza centrĂfuga horizontal;

es el ĂĄngulo de montaje de los rodillos guĂa;

Âąđ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł

es el radio vertical; (+ para valle; - para pico); đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;â&#x201E;&#x17D;

es la fuerza centrĂfuga vertical;

đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;

es la carga resultante;

đ??ťđ??ť

es la carga de đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; en el plano de los raĂles;

raĂles;

đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;1

es el coef. roz. entre ruedas carga y raĂles;

đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;

es el brazo de palanca del rozamiento

đ?&#x153;&#x152;đ?&#x153;&#x152;

es la densidad del aire;

đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

es la masa;

đ??´đ??´ â&#x201E;&#x17D;

es el diferencial de altura;

đ??ˇđ??ˇ1

es el diĂĄmetro de la rueda de carga;

đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł1

es la velocidad en el punto 1;

đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;1

â&#x201E;&#x17D;1

es la carga de đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; perpendicular a los

đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;1 ďż˝ďż˝ďż˝

es el coef. roz. entre ruedas guĂa y raĂles;

đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;

coeficiente de forma;

đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x201E;

es la carga del coche incluyendo pasajeros;

đ??ˇđ??ˇ2

es el diĂĄmetro de la rueda guĂa;

đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;

es el diĂĄmetro del eje de la rueda de carga;

FĂłrmulas:

es el rozamiento de los cojinetes;

es la longitud real de los raĂles desde 1 a 2;

đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;2

es el diĂĄmetro del eje de la rueda guĂa;

â&#x201E;&#x17D;2

es la elevaciĂłn en el punto 2;

đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł2

es la elevaciĂłn en el punto 1;

es el r. horizontal del centro de gravedad;

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;

đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;2

es el ĂĄrea proyectada contra el viento;

es el ĂĄngulo transversal teĂłrico de los raĂles;

đ?&#x203A;žđ?&#x203A;ž

đ?&#x203A;żđ?&#x203A;ż

đ??śđ??śđ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł

es la distancia al centro de gravedad;

es la velocidad en el punto 2;

đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x201E; đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;

đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;â&#x201E;&#x17D; = ďż˝ďż˝ďż˝ďż˝â&#x192;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;â&#x201E;&#x17D; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019; sin đ?&#x203A;˝đ?&#x203A;˝

đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł = ďż˝ďż˝ďż˝ďż˝â&#x192;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019; cos đ?&#x203A;˝đ?&#x203A;˝

đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; =

đ??šđ??š = ďż˝(đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x201E; cos đ?&#x203A;žđ?&#x203A;ž + đ??śđ??śđ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł )2 + đ??śđ??śâ&#x201E;&#x17D;2

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030; = đ??šđ??š cos(đ?&#x203A;źđ?&#x203A;ź â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x203A;˝đ?&#x203A;˝)

đ??ťđ??ť = đ??šđ??š sen(đ?&#x203A;źđ?&#x203A;ź â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x203A;˝đ?&#x203A;˝)

đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; =

đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł1 +đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł2 2

tan đ?&#x203A;źđ?&#x203A;ź = 134

đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł 2 cos2 đ?&#x203A;žđ?&#x203A;ž

đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł2 đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;â&#x201E;&#x17D; (đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?+ ) đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł

đ??śđ??śđ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł = đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;1 =

2 đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C; đ??ˇđ??ˇ1

2 đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł

đ??śđ??śâ&#x201E;&#x17D; = đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;1 = ďż˝ďż˝ďż˝

2 đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C; đ??ˇđ??ˇ2

2 cos2 đ?&#x203A;žđ?&#x203A;ž đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;â&#x201E;&#x17D;

Para hallar la velocidad correspondiente a cada punto del recorrido tenemos ciertas incĂłgnitas que se resolverĂĄn en los siguientes apartados: â&#x20AC;˘

Altura y radios del recorrido: se realizarĂĄ un predimensionado de la vĂa.

â&#x20AC;˘

Masa del vehĂculo: Asignando materiales en SolidWorks a un sĂłlido CAD provisional del vehĂculo, obtendremos una aproximaciĂłn de la masa total.

â&#x20AC;˘

Fuerza de arrastre: se realizarĂĄ un estudio de la fuerza de arrastre en funciĂłn de la velocidad del coche, mediante un software CFD.

â&#x20AC;˘

Coeficientes de rozamiento: para poder conocerlos debemos diseĂąar la conexiĂłn ruedas/plataforma y elegir un tipo determinado de material para las ruedas y de rodamientos.

SegĂşn normativa las fuerzas estĂĄn referidas al centro del intervalo y la longitud, đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;, no debe exceder de 5 metros.

135

CÁLCULO DE LA VÍA PREDIMENSIONADO Una vez que la ubicación aproximada de la montaña rusa ha sido elegida, se crea una vía preliminar. Se dibuja en planta una imagen de la línea central del recorrido para entender el layout de la atracción. La línea central puede cambiar más adelante en el proceso, pero por ahora sirve como punto de partida. Muchas veces, la línea central de la ruta se marca físicamente en el lugar de instalación con aerosol o banderas. Se colocan globos a determinadas alturas para que los diseñadores visualicen la montaña antes de que sea construida. Cuando se acaba de colocar la planta de la atracción, las subidas y bajadas, se añaden los loopings. Esto se conoce como el perfil y las fuerzas g se empiezan a considerar. El perfil está diseñado para dar las fuerzas correctas a los usuarios, junto con la línea central. Durante esta fase, los diseñadores deciden donde la pista será más alta y por lo tanto más lento frente a donde va a ser menor y más rápido. La combinación de la línea central y el perfil crean la configuración de la montaña rusa. El perfil que se ha elegido para la montaña rusa por cuadros morfológicos es el siguiente. Se estudiará la trayectoria de la línea central y el perfil necesarios para que los usuarios disfruten del recorrido.

Cobra Roll Airtime

Inclined Loop

Corkscrew Estación

Launch

136

Airtime

Centerline Se trata del dibujo en planta de la vía sobre el terreno. Suponemos una extensión de 300x200 m, para que las colinas airtime sean altas y largas. La línea central será la siguiente. 300

250

200

150

100

0 0

100

150

200

250

300

Profile Para el perfil, en primer lugar, se asignan las alturas aproximadas correspondientes a cada subida y bajada que realiza el vehículo a lo largo del recorrido, siguiendo la idea de vía que queremos realizar. Se ha hecho una aproximación utilizando el principio de conservación de la energía: la energía mecánica se conserva, excepto por el rozamiento del aire y la vía, por lo tanto, cada colina deberá ser menor que la anterior debido a esta pérdida. La curva de nivel correspondiente al recorrido del vehículo es la siguiente.

80 60 40 20 0

Inclined Loop

Airtime

Cobra Roll

137

80 60 40 20 0

Airtime

Corkscrew

Ahora, a esta curva de nivel, se le deben asociar las ecuaciones correspondientes para formar los loopings y otros elementos. La selecciĂłn del movimiento del vehĂculo debe estar basada, no solamente en el desplazamiento, sino tambiĂŠn en las fuerzas que actĂşan sobre el sistema como resultado del movimiento seleccionado. Es decir, es necesario tener en cuenta las caracterĂsticas dinĂĄmicas del sistema y seleccionar un contorno de vĂa que minimice la carga dinĂĄmica e impida la separaciĂłn del vehĂculo. Un movimiento fluido y el estado de reposo del cuerpo humano se logran mediante el equilibrio de las fuerzas de varios mĂşsculos antagĂłnicos que son controlados por el cerebro mediante caminos neuronales o a travĂŠs de arcos reflejos. Si la carga sobre el cuerpo cambia mĂĄs rĂĄpido que la respuesta adaptiva del sistema nervioso, el balance no es posible debido a que los mĂşsculos tensados no pueden relajarse o contraerse lo suficiente en la direcciĂłn correcta, hasta que control neuronal se reanuda. Los pasajeros, que necesitan este tiempo para adaptarse a los cambios de la tensiĂłn y ajustar su tensiĂłn muscular, pueden sufrir lesiones como el latigazo cervical. Para evitarlo, pueden ser sometidos a una mĂĄxima aceleraciĂłn y mĂĄxima variaciĂłn de la misma para evitar que pierdan el control sobre el movimiento de su cuerpo y que peligre su integridad fĂsica. Incluso cuando la seguridad del ocupante no es un problema, el exceso de tirones puede resultar incĂłmodo en ascensores o tranvĂas, por ejemplo. Por ello los ingenieros intentan minimizar al mĂĄximo los movimientos entrecortados. Por consiguiente, se tendrĂĄ en cuenta la rapidez en la aplicaciĂłn de la carga. La rapidez de cambio en la aceleraciĂłn estĂĄ determinada por la tercera derivada del desplazamiento y recibe el nombre de jerk. đ?&#x161;Ľđ?&#x161;Ľďż˝â&#x192;&#x2014;(đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą) = Donde

138

đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;â&#x192;&#x2014;

es la aceleraciĂłn

đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;â&#x192;&#x2014;

es la posiciĂłn

đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Łâ&#x192;&#x2014;

es la velocidad

đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą

es el tiempo

3 đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;â&#x192;&#x2014;(đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą) đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;2 đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Łâ&#x192;&#x2014; (đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą) Ě&#x2C6; (đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą) = đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;â&#x192;&#x2014;(đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą) = â&#x192;&#x203A; = đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;â&#x192;&#x2014;Ě&#x2021;(đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą) = = đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł â&#x192;&#x2014; đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;â&#x192;&#x2014;(đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą) đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą 2 đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą 3 đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;

En consecuencia, el jerk es una indicaciĂłn de la magnitud del impacto de la carga; se puede decir que el impacto tiene un jerk de magnitud infinita. La falta de rigidez y el juego presente en el sistema tambiĂŠn tienden a aumentar el efecto de la carga de impacto; por ello, se diseĂąarĂĄn los dispositivos de uniĂłn vehĂculo/vĂa para corregirlo. A continuaciĂłn se explican las curvas elegidas segĂşn la forma deseada de vĂa:

Inclined Loop En los loopings, aun habiendo aceleraciĂłn tangencial negativa provocada por la gravedad, la componente que mayor fuerza produce es la aceleraciĂłn centrĂpeta. Para evitar la componente centrĂpeta del jerk de una lĂnea recta a una curva y viceversa, se construyen vĂas con forma de curva de transiciĂłn, que limitan el jerk incrementando gradualmente la aceleraciĂłn centrĂpeta. Por ello, el looping de nuestra atracciĂłn estarĂĄ formado por la uniĂłn de dos clotoides, una de las curvas de transiciĂłn anteriormente nombradas. Tiene la propiedad de que su curvatura en cualquier punto es proporcional a la distancia a lo largo de la curva medida desde el origen. Esta propiedad hace que un vehĂculo que siga dicha curva a velocidad constante tendrĂĄ una aceleraciĂłn angular constante. Minimiza la aceleraciĂłn centrĂpeta que sufren los pasajeros contra el asiento, asĂ como, la fuerza correspondiente. Se trata de una curva paramĂŠtrica:

sin2 (đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą 2 ) + cos 2 (đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą 2 ) = 1

đ?&#x2018;Śđ?&#x2018;Ś đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ

đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą

139

Airtime Para las colinas, Kloomok y Muffly desarrollaron un sistema para el diseĂąo de levas lineales que impide el jerk infinito y sus efectos destructivos en el tren de levas, para lo cual se emplean tres funciones analĂticas: cicloide, armĂłnica y polinomio de octavo grado. Las curvas tienen derivadas continuas en todos los puntos intermedios por lo que la aceleraciĂłn cambia gradualmente y el jerk es continuo. El jerk infinito se evita en los extremos igualando las aceleraciones. Se debe resaltar que las velocidades tambiĂŠn se igualan debido a que no pueden aparecer discontinuidades en la curva de desplazamientotiempo. Existen dos tipos de colinas airtime, colinas simĂŠtricas y asimĂŠtricas: Se utilizarĂĄn dos ecuaciones polinĂłmicas de octavo grado para las colinas simĂŠtricas. Tienen una curva de aceleraciĂłn no simĂŠtrica y proporcionan una aceleraciĂłn pico y un ĂĄngulo de presiĂłn intermedios entre la armĂłnica y la cicloide. Al juntar dos curvas simĂŠtricas polinĂłmicas de octavo grado, la curva de la aceleraciĂłn comienza y acaba en cero.

đ?&#x153;&#x192;đ?&#x153;&#x192; 3 đ?&#x153;&#x192;đ?&#x153;&#x192; 5 đ?&#x153;&#x192;đ?&#x153;&#x192; 6 đ?&#x153;&#x192;đ?&#x153;&#x192; 7 đ?&#x153;&#x192;đ?&#x153;&#x192; 8 đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;(đ?&#x153;&#x192;đ?&#x153;&#x192;) = đ??żđ??ż (6.09755 ďż˝ ďż˝ â&#x2C6;&#x2019; 20.78040 ďż˝ ďż˝ + 26.7315 ďż˝ ďż˝ â&#x2C6;&#x2019; 13.60965 ďż˝ ďż˝ + 2.56095 ďż˝ ďż˝ đ?&#x203A;˝đ?&#x203A;˝ đ?&#x203A;˝đ?&#x203A;˝ đ?&#x203A;˝đ?&#x203A;˝ đ?&#x203A;˝đ?&#x203A;˝ đ?&#x203A;˝đ?&#x203A;˝ Se usarĂĄn dos cicloides para las colinas no simĂŠtricas. La cicloide proporciona aceleraciĂłn cero en ambos extremos de la acciĂłn. En consecuencia, se puede acoplar a un reposo en cada extremo.

đ?&#x153;&#x192;đ?&#x153;&#x192; 1 đ?&#x153;&#x192;đ?&#x153;&#x192; đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;(đ?&#x153;&#x192;đ?&#x153;&#x192;) = đ??żđ??ż ďż˝ â&#x2C6;&#x2019; sin ďż˝2đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x153;&#x2039; ďż˝ďż˝ đ?&#x203A;˝đ?&#x203A;˝ 2đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x153;&#x2039; đ?&#x203A;˝đ?&#x203A;˝

đ??żđ??ż

đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;

140

đ?&#x153;&#x192;đ?&#x153;&#x192;

Cobra Roll Al igual que en el looping inclinado, queremos minimizar la fuerza centrĂpeta y el jerk. Por este motivo, la composiciĂłn de este elemento se harĂĄ a travĂŠs de cuatro clotoides, las curvas de transiciĂłn explicadas anteriormente. De haber problemas en la transiciĂłn de las curvas a la hora de probar el modelo en un futuro, se deberĂa profundizar en este tramo de vĂa.

sin2 (đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą 2 ) + cos 2 (đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą 2 ) = 1

đ?&#x2018;Śđ?&#x2018;Ś

đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ

đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą

Corkscrew La ecuaciĂłn asignada a este looping serĂĄ la de una hĂŠlice. El movimiento helicoidal es un movimiento rototraslatorio que resulta de combinar un movimiento de rotaciĂłn en torno a un eje dado con un movimiento de traslaciĂłn a lo largo de ese mismo eje. Las ecuaciones de movimiento que lo definen son las siguientes:

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ = đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; sin(đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x153;&#x201D; đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą)

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;Śđ?&#x2018;Ś = đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; cos(đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x153;&#x201D; đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą) đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;§đ?&#x2018;§ = đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł0 đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ = đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x153;&#x201D; cos(đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x153;&#x201D; đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą)

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;Śđ?&#x2018;Ś = â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x153;&#x201D; sin(đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x153;&#x201D; đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą) đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;§đ?&#x2018;§ = đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł0

đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ = â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x153;&#x201D;2 sin(đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x153;&#x201D; đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą)

đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Śđ?&#x2018;Ś = â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x153;&#x201D;2 cos(đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x153;&#x201D; đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą) đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;§đ?&#x2018;§ = 0

141

Con una velocidad angular constante, la componente tangencial de la aceleración es nula, mientras que la aceleración centrípeta, compuesta por 𝑎𝑎𝑦𝑦 y 𝑎𝑎𝑧𝑧 , se mantiene constante. Se evita de esta manera los tirones en el movimiento al minimizar el jerk al máximo.

𝑥𝑥 = 𝑟𝑟 cos(𝜔𝜔 𝑡𝑡) 𝑦𝑦 = 𝑟𝑟 sin(𝜔𝜔 𝑡𝑡) 𝑧𝑧 = 𝑘𝑘 𝑡𝑡

𝑦𝑦

𝑟𝑟

𝑧𝑧 𝑥𝑥

El resto de tramos de unión de los elementos mencionados utilizarán las curvas antes mencionadas dependiendo de su orientación. Las curvas en el plano horizontal se compondrán de cicloides para evitar el jerk en la componente centrípeta, mientras que las curvas en el plano vertical se compondrán de cicloides y ecuaciones polinómicas de octavo grado.

142

Vía final Tras unir los elementos anteriormente explicados en una única vía se obtiene la siguiente composición. Se trata del primer predimensionado de la vía de la montaña rusa.

143

División de la vía Para completar la ecuación del cálculo de la velocidad durante todo el trayecto, se deben obtener los datos correspondientes a partir del predimensionado de la vía. Para dicho cálculo se necesita dividir la vía en tramos de cinco metros. Se numeran los tramos desde el final de la vía hacia atrás, se determinará una velocidad al final del recorrido y, a partir de ella y los datos experimentales obtenidos, se calculará la velocidad del tramo anterior. Esta operación se realiza repetidamente para saber la velocidad que habrá en toda la vía. De cada tramo se necesita la siguiente información: ·

Diferencial de altura entre los puntos

Inclinación de la vía en sentido longitudinal

Radio vertical

Radio horizontal

Para poder situar cada punto se ha dividido la vía en elementos. Esto hará una toma de medidas más organizada, permitiendo ubicar las cotas de forma rápida. Antes del looping inclinado se colocará la recta de aceleración, que será de una longitud determinada dependiendo de la velocidad necesaria al principio del looping inclinado. A partir del final del Corkscrew, Recta+Curva2, se considera la zona de frenado. Estas dos zonas serán modificadas en función de las necesidades,

144

Cobra Roll

Airtime 2

Airtime 4

Airtime 1

Airtime 3

Bajada

Curva 1

Looping horizontal Looping inclinado Corkscrew

Recta

Curva 2

145

Diferencial de altura Se presentan las cotas correspondientes al diferencial de altura entre los puntos de los diferentes elementos que componen la vĂa.

Looping inclinado

Airtime 1

146

Cobra Roll 1

Cobra Roll 2

147

Airtime 2

Bajada

Airtime 3

148

Airtime 4

Corkscrew

Recta

149

Radio horizontal En el dibujo se plasman los radios horizontales de todo el recorrido que realiza el vehĂculo.

150

151

Radio vertical Se muestran los radios verticales que conforman cada elemento de la vĂa.

Looping inclinado

Airtime 1

152

Cobra Roll1

Cobra Roll 2

153

Airtime 2

Bajada

154

Airtime 3

Airtime 4

Corkscrew

155

Inclinación Por último, se ha tomado la inclinación de la vía en todo el recorrido. Una vez obtenidas todas las cotas, estas se utilizarán en la hoja de Excel dedicada al cálculo de la velocidad de la vía.

Looping inclinado

Airtime 1

156

Cobra Roll 1

Cobra Roll 2

157

Airtime 1

Airtime 2

Airitme 3

158

Airtime 4

Corkscreew

Bajada

159

CÁLCULO DE LA VÍA MASA DEL VEHÍCULO Para poder hacer el dimensionado de las ruedas del vehículo y el diseño de la vía se necesita conocer el peso aproximado del vehículo. Para ello seleccionaremos los materiales correspondientes.

Sujeción asientos: Acero F-128

Los aceros de construcción son aquellos que se emplean en la fabricación de piezas. Son aceros a los que se dará forma por mecanizado, conformado u otras operaciones mecánicas y posteriormente tratados para cumplir con una función específica. Engranajes, ejes, bujes, bulones y todo tipo de piezas mecánicas son construidos con este grupo de aceros. Estos aceros se clasifican en familias y las distintas familias se distinguen por sus características de trabajo, composición o el tratamiento térmico al que deberán ser sometidos y para el que han estado diseñados. Según estos parámetros se distinguen las familias principales: aceros al carbono, aceros de gran resistencia o de bonificado, aceros de gran elasticidad, aceros de cementación, aceros de fácil mecanizado, aceros de fácil soldadura y aceros de nitruración. Debido a las características del trabajo que realiza esta estructura se ha decidido utilizar un acero de gran resistencia, ya que estos aceros son los que mejor aguantan el esfuerzo de fatiga que supondrán las vibraciones de los asientos. Estos aceros presentan aleantes, que conjuntamente con el carbono, facilitan su templabilidad, la consecución de durezas elevadas por temple y propiedades mecánicas excelentes. Resistencia mecánica, fatiga y tenacidad serán las solicitaciones de estos aceros. Por ello son aceros que no trabajarán a los valores máximos de dureza, sino de resistencia a la fatiga. Estos valores de resistencia mecánica están comprendidos entre 80 kg/mm2 y 130 kg/mm2. El tratamiento térmico que consigue estos valores es el de bonificado (temple y revenido a alta temperatura). Los aceros de gran resistencia 160

se presentan comercialmente en estado de recocido o pretratado a resistencias equivalentes a 100 kg/mm2. En este caso, el acero no requiere tratamiento de endurecimiento posterior y está en el umbral de dureza para poder ser mecanizado por sistemas convencionales. De la familia de estos aceros destacan: F- 1230, F- 1270, F- 1252, F- 1260. La norma UNE-EN 13814 Maquinaria y estructuras para parques y ferias de atracciones sugiere entre los aceros recomendados el acero F-128, así que será la elección final. Es un acero aleado para piezas sometidas a cargas elevadas donde se requiere una tenacidad alta. Se utiliza en sectores como el eólico, maquinaria y máquina y herramienta. Composición F-128 C

0.35

0.65

0.25

≤0.040

0.75

0.85

0.20

ThyssenKrupp lo suministra en estado bonificado. Los datos proporcionados por la empresa son los siguientes. Resistencia (kg/mm2) en estado bonificado D ≤ 16

16 < D ≤ 40

40 < D ≤ 100

100 < D ≤ 160

160 < D ≤ 250

250 < D ≤ 500

120 - 140

110 - 130

100 - 120

120 - 140

90 - 110

85 - 100

Estructura del asiento: Fibra de vidrio

La fibra de vidrio es un material compuesto de filamentos muy finos de vidrio aglomerados con resinas que, al entrelazarse, dan lugar a una estructura fuerte, perfecta para ser empleada como refuerzo estructural de otros materiales.

161

Sus propiedades son las siguientes. ·

Resistencia química. La resina es un componente de la fibra de vidrio que la hace resistente a la erosión química y del medio ambiente. Por tanto, la fibra de vidrio no se pudre, ni se deteriora, ya que es resistente a la mayoría de los ácidos (excepto el ácido fluorhídrico y el ácido fosfórico).

Peso ligero. El peso específico de materiales compuestos por fibra de vidrio permite que sea muy fácil de mover e instalar. Además, reducen el peso soportado por las estructuras de apoyo.

Bajo mantenimiento. Gracias a las características intrínsecas de la fibra de vidrio, los compuestos no necesitan ningún mantenimiento especial, incluso después de muchos años de uso en aplicaciones externas. Esta característica, conduce automáticamente a ahorros de costos en el tiempo.

Aislamiento eléctrico. La fibra de vidrio no conduce la electricidad, por lo que es ideal para aplicaciones donde se busque el aislamiento eléctrico de ciertas instalaciones.

Versatilidad. Se trata de un producto muy versátil: amplia gama de filamentos, tamaños, tipos de fibra, etc. Estas características hacen que la fibra de vidrio ofrezca un gran abanico de posibilidades industriales.

Excelente aislante térmico. La fibra de vidrio tiene un bajo coeficiente de expansión térmica y conductividad térmica relativamente alta. Esto hace que disipe el calor de forma más rápida y sea perfecto para usarlo como aislante térmico. Por tanto, es ideal para instalaciones en el exterior, ya que no tendremos que preocuparnos de que se deteriore por estar expuesto al sol durante mucho tiempo.

Económico. La fibra de vidrio es un material con una gran ventaja económica respecto a otros tejidos de fibras sintéticas y naturales.

Relleno del cojín: Espuma de poliuretano

La espuma de poliuretano (espuma PU) es un material plástico poroso formado por una agregación de burbujas. Se forma básicamente por la reacción química de dos compuestos, un poliol y un isocianato, aunque su formulación necesita y admite múltiples variantes y aditivos. Dicha reacción libera dióxido de

162

carbono, gas que va formando las burbujas. Las espumas de poliuretano son frecuentemente utilizadas y unos materiales bien conocidos. Básicamente, y según el sistema de fabricación, se pueden dividir los tipos de espumas de poliuretano en dos tipos: ·

Tecnología de moldeo en caliente (HO), proporciona productos con unas excelentes propiedades mecánicas a bajas densidades y durezas. Es utilizada fundamentalmente para piezas de espesor reducido como son los respaldos de asiento. Es la alternativa de mejor coste y peso, frente a otras tecnologías conocidas.

Tecnología de moldeo en frío o de alta resiliencia (HR), proporciona productos muy elásticos, con un amplio rango de durezas. Por sus características es generalmente utilizada para los cojines de asiento.

Este último tipo será elegido para el relleno del cojín del asiento.

Tela del cojín: Tela de poliuretano

Los tejidos impermeables se oponen a la penetración de agua líquida. Los tejidos naturales o sintéticos han sido laminado o recubiertos con sustancias impermeabilizantes, tales como caucho, cloruro de polivinilo (PVC), poliuretano (PU), de elastómero de silicona, fluoropolímeros, o cera. Las telas recubiertas tienden a ser muy resistente al agua, pero les falta transpiración en comparación con las telas laminadas. Los tejidos recubiertos son más baratos y están mejorando a medida que los fabricantes encuentran la manera de hacer los recubrimientos más delgados y más porosos. Durante el siglo XX, se inventaron varias telas nuevas resistentes al agua. Entre ellas se incluye el GoreTex, una membrana transpirable con poros demasiado pequeños para permitir que las gotas de agua pasen a través, pero lo suficientemente grandes como para permitir que el vapor de agua se evapore. Sin embargo, para la aplicación en asientos, no se considera necesaria la característica de transpirabilidad, ya que la espuma interior no necesita evacuar humedad interior sino estanqueidad del exterior. Por lo tanto, por motivos económicos se utilizará tejido recubierto de poliuretano, tejido más utilizado con estas finalidades.

163

Masa aproximada del vehículo Para conocer la masa total de todo el vehículo, asignamos los materiales anteriormente nombrados al modelo CAD del vehículo provisional en SolidWorks.

Espuma + tela de poliuretano

Fibra de carbono

Acero F-128

Las propiedades físicas resultantes son las siguientes.

Propiedades de masa Configuración: Predeterminado Sistema de coordenadas: Predeterminado Masa = 6356664.03 gramos Volumen = 3292014579.15 milímetros cúbicos Área de superficie = 76071945.12 milímetros cuadrados Centro de masa: ( milímetros ) X = 0.00 Y = 345.73 Z = -6028.21 Ejes principales de inercia y momentos principales de inercia: ( gramos * milímetros cuadrados ) Medido desde el centro de masa.

164

Ix = ( 0.00, 0.01, 1.00)

Px = 9221021496602.71

Iy = ( 1.00, 0.00, 0.00)

Py = 88607589366810.88

Iz = ( 0.00, 1.00, -0.01)

Pz = 96570004127093.91

Momentos de inercia: ( gramos * milĂmetros cuadrados ) Obtenidos en el centro de masa y alineados con el sistema de coordenadas de resultados. Lxx = 88607589366982.20 Lyx = 37016673.71

Lxy = 37016673.71

Lyy = 96555850817334.98

Lzx = -14795422.39 Lzy = 1111789942819.14

Lxz = -14795422.39 Lyz = 1111789942819.14 Lzz = 9235174806190.59

Momentos de inercia: ( gramos * milĂmetros cuadrados) Medido desde el sistema de coordenadas de salida. Ixx = 320363974728544.69 Ixy = 49584422.53 Iyx = 49584422.53

Ixz = -233927026.69

Iyy = 327552416616181.56 Iyz = -12136444266388.64

Izx = -233927026.69 Izy = -12136444266388.64

Izz = 9994994369322.28

La masa del vehĂculo que se utilizarĂĄ en el cĂĄlculo de las ruedas y de la vĂa es la siguiente.

đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Łâ&#x201E;&#x17D;Ăđ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? â&#x2030;&#x2C6; 6 400 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC; Otro dato necesario para el cĂĄlculo de la vĂa es la situaciĂłn del centro de masas

y z x

đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D; = 0 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;Śđ?&#x2018;Śđ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D; = 0. 345 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;§đ?&#x2018;§đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D; = â&#x2C6;&#x2019;6.028 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; 165

CĂ LCULO DE LA VĂ?A AERODINĂ MICA DEL VEHĂ?CULO Para conocer la fuerza de arrastre que ejerce el aire contra el vehĂculo necesitamos:

Siendo,

đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018; =

đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;

Coeficiente de arrastre

đ?&#x153;&#x152;đ?&#x153;&#x152;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

Densidad del aire

đ??´đ??´

đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

Ă rea perpendicular al flujo de aire Velocidad del aire (o del vehĂculo)

Mediante SolidWorks Flow Simulation se elaborarĂĄ una grĂĄfica de la fuerza de arrastre en funciĂłn de la velocidad del vehĂculo. Se utilizarĂĄ un modelo CAD provisional, representativo de la forma final. Los datos que el software necesita son los siguientes: Âˇ

Velocidad del vehĂculo. SerĂĄ la variable. VariarĂĄ de 0 m/s, en el momento del arranque, a 240 km/h (66,67 m/s), que corresponde con la velocidad que alcanza FĂłrmula Rossa en 4 segundos, la montaĂąa rusa mĂĄs rĂĄpida del mundo.

Âˇ

Condiciones atmosfĂŠricas: Temperatura, densidad del aire y presiĂłn. A continuaciĂłn se explica la justificaciĂłn del valor constante que se aplicarĂĄ. Se le aportan al programa dos de las magnitudes citadas, la tercera se calcularĂĄ a partir de ellas.

El resto de datos son calculados por el programa a partir del modelo CAD del vehĂculo.

Condiciones atmosfĂŠricas La atmĂłsfera estĂĄndar internacional, mĂĄs conocida por sus siglas en inglĂŠs ISA, es un modelo atmosfĂŠrico terrestre invariante creado por la OrganizaciĂłn de AviaciĂłn Civil Internacional. Es muy utilizado por la navegaciĂłn aĂŠrea. Todas las ecuaciones de este modelo utilizan el sistema internacional de unidades. Se toman los siguientes datos como constantes: đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D; = 9.81

đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018; đ?&#x2018;

Las condiciones a nivel del mar son: đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;0 = 288.15 đ??žđ??ž 166

đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;2 = 287 2 đ?&#x2018; đ?&#x2018; Âˇ đ??žđ??ž

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;0 = 101325 đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;

đ?&#x153;&#x2020;đ?&#x153;&#x2020; = â&#x2C6;&#x2019;6.5 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;3 đ?&#x153;&#x152;đ?&#x153;&#x152;0 = 1.225

đ??žđ??ž đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;3

En el estudio de este proyecto se tiene en cuenta que el vehĂculo de la montaĂąa rusa no opera por encima de la troposfera, que va desde la superficie terrestre hasta 11000 m. Se considera un gradiente de temperatura lineal con đ?&#x153;&#x2020;đ?&#x153;&#x2020; = â&#x2C6;&#x2019;6.5 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;3

đ??žđ??ž đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

obteniendo las ecuaciones para las condiciones de la altura

de vuelo, en este caso, las condiciones del recorrido del vehĂculo:

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;(â&#x201E;&#x17D;) = đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;0 + đ?&#x153;&#x2020;đ?&#x153;&#x2020; Âˇ â&#x201E;&#x17D;

â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;0 + đ?&#x153;&#x2020;đ?&#x153;&#x2020; Âˇ â&#x201E;&#x17D; đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;Âˇđ?&#x153;&#x2020;đ?&#x153;&#x2020;â&#x2C6;&#x2019;1 đ?&#x153;&#x152;đ?&#x153;&#x152;(â&#x201E;&#x17D;) = đ?&#x153;&#x152;đ?&#x153;&#x152;0 ďż˝ ďż˝ đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;0

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;0 + đ?&#x153;&#x2020;đ?&#x153;&#x2020; Âˇ â&#x201E;&#x17D; đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;Âˇđ?&#x153;&#x2020;đ?&#x153;&#x2020; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;(â&#x201E;&#x17D;) = đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;0 ďż˝ ďż˝ đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;0

Queremos calcular la variaciĂłn de las condiciones atmosfĂŠricas desde la altura mĂĄxima al suelo. Considerando que la montaĂąa rusa estarĂĄ situada en el parque de atracciones del Tibidabo, â&#x201E;&#x17D; = 512 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;, las condiciones a ras de suelo serĂĄn:

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;(512) = 288.15 â&#x2C6;&#x2019; 6.5 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;3 Âˇ 512 = 284.82 đ??žđ??ž â&#x2C6;&#x2019;9.81

288.15 â&#x2C6;&#x2019; 6.5 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;3 Âˇ 512 287Âˇ(â&#x2C6;&#x2019;6.5Âˇ10â&#x2C6;&#x2019;3) đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;(512) = 101325 Âˇ ďż˝ = 95320.49 đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; ďż˝ 288.15 â&#x2C6;&#x2019;9.81

288.15 â&#x2C6;&#x2019; 6.5 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;3 Âˇ 512 287Âˇ(â&#x2C6;&#x2019;6.5Âˇ10â&#x2C6;&#x2019;3) đ?&#x153;&#x152;đ?&#x153;&#x152;(512) = 1.225 ďż˝ ďż˝ 288.15

â&#x2C6;&#x2019;1

= 1.165

đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;3

La montaĂąa rusa mĂĄs alta existente es Kingda Ka, â&#x201E;&#x17D; = 140 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;. Solo se puede poner en marcha con condiciones atmosfĂŠricas muy buenas, por lo tanto, la montaĂąa rusa que se ha diseaĂądo no llegarĂĄ a esta altura. Tomando la altura de Kingda Ka como altura lĂmite, las condiciones atmosfĂŠricas son: đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;(652) = 288.15 â&#x2C6;&#x2019; 6.5 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;3 Âˇ 652 = 283.91 đ??žđ??ž â&#x2C6;&#x2019;9.81

288.15 â&#x2C6;&#x2019; 6.5 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;3 Âˇ 652 287Âˇ(â&#x2C6;&#x2019;6.5Âˇ10â&#x2C6;&#x2019;3) đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;(652) = 101325 Âˇ ďż˝ = 93729.84 đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; ďż˝ 288.15 â&#x2C6;&#x2019;9.81

288.15 â&#x2C6;&#x2019; 6.5 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;3 Âˇ 652 287Âˇ(â&#x2C6;&#x2019;6.5Âˇ10â&#x2C6;&#x2019;3) đ?&#x153;&#x152;đ?&#x153;&#x152;(652) = 1.225 ďż˝ ďż˝ 288.15

Para los cĂĄlculos tomaremos el valor medio: đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;ĄĂłđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; = đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;ĄĂłđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; =

â&#x2C6;&#x2019;1

= 1.150

đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;3

284.82 + 283.91 = 284.37 đ??žđ??ž 2

95320.49 + 93729.84 = 94525.17 đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; 2

đ?&#x153;&#x152;đ?&#x153;&#x152;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;ĄĂłđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; =

1.165 + 1.150 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC; = 1.157 3 2 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

167

El error mĂĄximo que se comete al considerar constante estas propiedades es:

% đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸ đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021; = % đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸ đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; =

Î&#x201D;Tđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;ĂĄđ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ 284.82 â&#x2C6;&#x2019; 284.37 = Âˇ 100 = 0.15 % đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;ĄĂłđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; 284.37

Î&#x201D;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;ĂĄđ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ 95320.49 â&#x2C6;&#x2019; 94525.17 = Âˇ 100 = 0.84 % 2 94525.17

% đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ?&#x153;&#x152;đ?&#x153;&#x152; =

Î&#x201D;đ?&#x153;&#x152;đ?&#x153;&#x152;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;ĂĄđ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ 1.165 â&#x2C6;&#x2019; 1.157 = Âˇ 100 = 0.69 % 2 1.157

Dado que el error es menor de un 1 %, consideraremos el valor de las condiciones atmosfĂŠricas el siguiente:

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; = 284.37 đ??žđ??ž

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; = 94525.17 đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; đ?&#x153;&#x152;đ?&#x153;&#x152;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; = 1.157

đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;3

Software de simulaciĂłn CFD Se utiliza SolidWorks Flow Simulation para encontrar la fuerza de arrastre en formas no convencionales, con coeficiente de arrastre no conocido. Este programa reduce el tiempo de diseĂąo de un proyecto, ya que puede eliminar los ensayos con prototipos.

. Las simulaciones tambiĂŠn proporcionan una visualizaciĂłn de cĂłmo el fluido circula alrededor del modelo y da al usuario una idea sobre las zonas de alta y baja presiĂłn, los campos vectoriales de las magnitudes del fluido y las maneras en que se pueden aerodinamizar las partes del modelo. El ensamblaje que se ensayarĂĄ es representativo de la forma final del vehĂculo. El cĂĄlculo de la fuerza de arrastre es parte del diseĂąo de la vĂa. Cuando la vĂa estĂŠ diseĂąada se sabrĂĄn las fuerzas que soporta el vehĂculo y se harĂĄ un dimensionado final. Por lo tanto, el diseĂąo del vehĂculo variarĂĄ posteriormente para ajustarse a los criterios de seguridad para el usuario y a los criterios de seguridad de cargas estĂĄticas y de fatiga. 168

A continuación se explica el proceso realizado para calcular la fuerza de arrastre en el vehículo. Para conocer la fuerza de arrastre en función de la velocidad del vehículo, se inserta el modelo CAD en SolidWorks y se activa el complemento SolidWorks Flow Simulation. Para cada velocidad, se crea un nuevo proyecto en el que se introduce: ·

Tipo de flujo: Externo

Fluido: Aire

Condiciones atmosféricas: 94525.17 Pa, 284.37 K, 1.157 kg/m3

Condiciones iniciales: Velocidad de 0 a 240 km/h negativa en el eje Z

Se define el mallado con la precisión necesaria y se establece el cálculo de la fuerza como objetivo de la simulación. Se ejecuta el programa, que primero realiza el mallado y después realiza 130 iteraciones para determinar el valor más aproximado de la fuerza de arrastre. Los resultados de las iteraciones son exportados a una carpeta. Después del procesado de información, se pueden hacer análisis de resultados con diferentes técnicas visuales. Una de las más ilustrativas son las líneas de trayectoria del fluido.

Líneas de trayectoria con velocidad de 180 km/h 169

Tras analizar todo el rango de velocidades se obtiene la siguiente grĂĄfica:

Farrastre- V 25000

y = 0,3669x2 - 5,7197x + 142,59

Farrastre (N)

20000

15000

10000

5000

0 0

100

150

200

250

Velocidad (km/h)

Dado que la ecuaciĂłn de la fuerza de arrastre es funciĂłn del cuadrado de la velocidad se ha realizado una regresiĂłn polinĂłmica de segundo grado. A la hora de hacer los cĂĄlculos de la vĂa en un documento Excel, se utilizarĂĄ esta ecuaciĂłn para determinar la fuerza de arrastre en cada punto del trayecto. 2 đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018; = 0,3669 đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2019; 5,7197 đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; + 142,59 ďż˝

đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC; ďż˝ â&#x201E;&#x17D;

đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; 2 đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018; = 4,7550 đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2019; 20,5909 đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; + 142,59 ďż˝ ďż˝ đ?&#x2018; đ?&#x2018;

170

171

CĂ LCULO DE LA VĂ?A PRESELECCIĂ&#x201C;N DE LAS RUEDAS Para el cĂĄlculo de la vĂa se necesitan ciertos datos necesarios sobre las ruedas. Todos ellos van referidos a su funcionamiento mecĂĄnico, cuanto menor sea el rozamiento contra las vĂas, menor energĂa se necesita proporcionar al vehĂculo al inicio del recorrido. Los datos a determinar son los siguientes: đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;1

coeficiente de rozamiento entre las ruedas carga y raĂles;

đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;2

rozamiento de los cojinetes.

ďż˝ďż˝ďż˝ đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;1

coeficiente de rozamiento entre las ruedas guĂa y raĂles;

Ruedas escogidas El fabricante de las ruedas que se ha elegido es Blickle, que tiene un gran rango de productos de diferentes materiales y tamaĂąo, dependiendo del tipo de funcionamiento y carga que tenga que soportar. La elecciĂłn de las ruedas se realiza en base al anĂĄlisis estĂĄtico que se explicarĂĄ durante el diseĂąo formal del vehĂculo. Las ruedas que se han elegido son las siguientes: Para las ruedas de carga se ha optado por ruedas de nylon con las siguientes caracterĂsticas.

Ă&#x2DC; Rueda

250 mm (D)

Ancho rueda

65 mm (T2)

Capacidad de carga

5 000 kg

Ă&#x2DC; Eje

45 mm (d)

Largo de cubo

70 mm (T1)

Peso por unidad

5 kg

Resistencia a la temperatura

-25 Â° C

Resistencia a la temperatura hasta

80 Â° C

Dureza de banda de rodadura

80Â° Shore D

Tipo de rodamiento

Cojinete a bolas

172

Para las ruedas guía se requieren dos tipos de rueda:

Ø Rueda

150 mm (D)

Ancho rueda

55 mm (T2)

Capacidad de carga

2500 kg

Ø Eje

30 mm (d)

Largo de cubo

80 mm (T1)

Peso por unidad

1,6 kg

Resistencia a la temperatura

-25 ° C

Resistencia a la temperatura hasta

80 ° C

Dureza de banda de rodadura

80° Shore D

Tipo de rodamiento

Cojinete a bolas

Ø Rueda

150 mm (D)

Ancho rueda

80 mm (T2)

Capacidad de carga

1050 kg

Ø Eje

25 mm (d)

Largo de cubo

80 mm (T1)

Peso por unidad

4,7 kg

Resistencia a la temperatura

-30 ° C

Resistencia a la temperatura hasta

70 ° C

Dureza de banda de rodadura

92° Shore A

Tipo de rodamiento

Cojinete a bolas 173

Coeficiente de rozamiento entre ruedas y raĂles Una vez que se han elegido las ruedas que se utilizarĂĄn en el vehĂculo se explicarĂĄ el tipo de rozamiento que se produce en nuestra aplicaciĂłn. Se trata de rozamiento de rodadura. En una rueda en movimiento, las fuerzas que interactĂşan son las siguientes: P M H

Ro N La resistencia a la rodadura se presenta cuando un cuerpo rueda sobre una superficie, deformĂĄndose uno de ellos o ambos. El concepto de coeficiente de rodadura es similar al de coeficiente de rozamiento, con la diferencia de que este Ăşltimo hace alusiĂłn a dos superficies que deslizan o resbalan una sobre otra, mientras que en el coeficiente de rodadura no existe tal resbalamiento entre la rueda y la superficie sobre la que rueda, disminuyendo por regla general la resistencia al movimiento. La resistencia a la rodadura aparece cuando el cuerpo que rueda, o la superficie sobre la que rueda, o ambos a la vez, se deforman, aunque sĂłlo sea ligeramente, a causa de las grandes presiones existentes en los puntos de contacto. El coeficiente de rodadura se calcula de la siguiente manera: đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021; =

2 đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C; đ??ˇđ??ˇ

đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;

coeficiente de rozamiento entre las ruedas y raĂles;

đ??ˇđ??ˇ

diĂĄmetro de las ruedas.

đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;

brazo de palanca del rozamiento

Para ayudar a cuantificar la resistencia a la rodadura en ruedas industriales, se utiliza đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;, el coeficiente de

resistencia de rodadura. Este es un nĂşmero que se ha determinado empĂricamente para los diferentes materiales. La resistencia provocada puede variar segĂşn la velocidad de la rueda, la carga sobre la rueda y el material de la rueda. El valor del coeficiente đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C; depende de la naturaleza de los cuerpos en contacto (fundamentalmente de su rigidez). En la siguiente tabla, se observa que el material de la banda de

rodadura mĂĄs blando, caucho, tiene el mĂĄs alto coeficiente de fricciĂłn, mientras que el material mĂĄs duro, acero forjado, la mĂĄs baja. 174

En la tabla se muestra una recopilaciĂłn de coeficientes de resistencia a la rodadura de diferentes materiales utilizados en ruedas industriales:

Material de la rueda

Material del suelo

Acero forjado

Acero

đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C; (mm)

FundiciĂłn

Acero

0.53

Caucho vulcanizado

Acero

7.69

Poliuretano

Acero

1.44

Nylon fundido

Acero

0.68

FenĂłlico

Acero

0.66

0.49

Para tener en cuenta el mĂĄximo rozamiento se aplicarĂĄ a las ruedas guĂas el coeficiente para el poliuretano. Las ruedas de carga son ambas de nylon. Por lo tanto, siendo đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;1 el coeficiente de

rozamiento entre las ruedas carga y raĂles y ďż˝ďż˝ďż˝ đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;1 el coeficiente de rozamiento entre las ruedas guĂa y raĂles; đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;1 =

2 đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A; đ??ˇđ??ˇ

2 đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;1 = ďż˝ďż˝ďż˝ đ??ˇđ??ˇ

â&#x2020;&#x2019;

đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;1 =

đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;1 = ďż˝ďż˝ďż˝

2 Âˇ 0,68 = 5,44 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;3 250 2 Âˇ 1,44 = 1,9 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;2 150

đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;1 = 5,44 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;3 đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;1 = 1,9 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;2 ďż˝ďż˝ďż˝

Coeficiente de rozamiento de los cojinetes Para conocer las caracterĂsticas de los rodamientos acudimos al catĂĄlogo del fabricante de las ruedas. SegĂşn las referencias de las ruedas escogidas se descubre que los rodamientos utilizados en cada rueda son los siguientes. SegĂşn el fabricante, el eje con cojinetes ranurados a bolas cumple con los requisitos mĂĄs exigentes en capacidad de carga, propiedades de desplazamiento (incluso con altas velocidades) y en resistencia contra influencias del entorno. Los cojinetes ranurados a bolas poseen el menor juego de cojinete y se utilizan principalmente para aparatos de transporte y para cargas pesadas tĂŠcnicamente exigentes. Como protecciĂłn contra polvo, se utiliza una arandela de cierre (sello de contacto, denominado cojinete Z). Los 175

cojinetes ranurados a bolas se engrasan con grasa de larga duraciĂłn y en condiciones de uso normales no requieren mantenimiento. De manera estĂĄndar se montan dos cojinetes a bolas en el cubo. El anillo interior del cojinete a bolas se mantiene a una cierta distancia con un cubo separador, de manera que la rueda se puede apretar firmemente en un alojamiento. AdemĂĄs de la versiĂłn normal, los cojinetes a bolas tambiĂŠn estĂĄn disponibles en versiĂłn inoxidable, en versiĂłn engrasado con grasa especial resistente a altas temperaturas o como cojinete a bolas resistente a altas temperaturas.

Dos rodamientos de precisiĂłn con distanciador incorporado y retenes de grasa. Ofrece la mĂĄs baja resistencia al arranque y a la rodadura. Es capaz de soportar esfuerzos axiales y radiales combinados, pero no es aconsejable en el caso de grandes o puros esfuerzos axiales. Tiene una aceptable capacidad de absorber los esfuerzos procedentes de choques. Muy indicado para el transporte mecĂĄnico, para altas velocidades de trabajo y para el fĂĄcil manejo manual de elevadas cargas o utilizaciones intensivas. Su montaje debe ser cuidadoso y con una perfecta alineaciĂłn axial. Se aconseja lubrificaciĂłn una vez por aĂąo. El coeficiente de rozamiento (engrasado y en movimiento): f ~ 0,0015. Partiendo de la ecuaciĂłn del coeficiente de rodadura con un eje en la rueda de 45 mm en la rueda de carga, obtenemos que: 2 đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C; 2 Âˇ 1,5 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;3 đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021; = = = 6,67 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;2 đ??ˇđ??ˇ 45 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;3

đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;2 = 6,67 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;2

176

177

CĂ LCULO DE LA VĂ?A SOLUCIĂ&#x201C;N FORMAL DE LA VĂ?A En el siguiente apartado se estudiarĂĄ la dinĂĄmica y la cinemĂĄtica del usuario a lo largo del recorrido. Recordamos la ecuaciĂłn que nos permite calcular la velocidad en un punto a partir de la velocidad de en el tramo anterior. 2 đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł22 = đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł12 + 2 đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D; â&#x201E;&#x17D; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C; đ??´đ??´ đ?&#x153;&#x152;đ?&#x153;&#x152; đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

Se recuerda la nomenclatura utilizada en dicha ecuaciĂłn. đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

es el ancho de vĂa;

đ?&#x203A;˝đ?&#x203A;˝

es el ĂĄngulo de inclinaciĂłn real de los raĂles;

ďż˝ďż˝ďż˝ďż˝â&#x192;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł

es el radio vertical del eje de los raĂles;

đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;

es la aceleraciĂłn de la gravedad;

đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019;

đ?&#x203A;źđ?&#x203A;ź

es la pendiente longitudinal de los raĂles;

ďż˝ďż˝ďż˝ďż˝â&#x192;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;â&#x201E;&#x17D;

es el radio horizontal del eje de los raĂles;

đ??śđ??śâ&#x201E;&#x17D;

es la fuerza centrĂfuga horizontal;

es el ĂĄngulo de montaje de los rodillos guĂa;

Âąđ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł

es el radio vertical; (+ para valle; - para pico); đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;â&#x201E;&#x17D;

es la fuerza centrĂfuga vertical;

đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;

es la carga resultante;

đ??ťđ??ť

es la carga de đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; en el plano de los raĂles;

raĂles;

đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;1

es el coef. roz. entre ruedas carga y raĂles;

đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;

es el brazo de palanca del rozamiento

đ?&#x153;&#x152;đ?&#x153;&#x152;

es la densidad del aire;

đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

es la masa;

đ??´đ??´

es el ĂĄrea proyectada contra el viento;

â&#x201E;&#x17D;

es el diferencial de altura;

đ??ˇđ??ˇ1

es el diĂĄmetro de la rueda de carga;

đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł1

es la velocidad en el punto 1;

đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;1

â&#x201E;&#x17D;1 178

es el diĂĄmetro del eje de la rueda de carga; es la elevaciĂłn en el punto 1;

es el ĂĄngulo transversal teĂłrico de los raĂles;

đ?&#x203A;žđ?&#x203A;ž

đ?&#x203A;żđ?&#x203A;ż

đ??śđ??śđ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł

es la distancia al centro de gravedad;

es el r. horizontal del centro de gravedad;

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;

es la carga de đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; perpendicular a los

đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;1 ďż˝ďż˝ďż˝

es el coef. roz. entre ruedas guĂa y raĂles;

đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;

coeficiente de forma;

đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x201E;

es la carga del coche incluyendo pasajeros;

đ??ˇđ??ˇ2

es el diĂĄmetro de la rueda guĂa;

đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;2

đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;

es el rozamiento de los cojinetes;

es la longitud real de los raĂles desde 1 a 2;

đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;2

es el diĂĄmetro del eje de la rueda guĂa;

â&#x201E;&#x17D;2

es la elevaciĂłn en el punto 2;

đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł2

es la velocidad en el punto 2;

FĂłrmulas: đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x201E; đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;

đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; =

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2 đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C; đ??ˇđ??ˇ2

Se decide que la zona de frenado serĂĄ a partir del elemento Corkscrew. La velocidad estipulada justo antes de frenar serĂĄ de 17 m/s, 60 km/h. La velocidad de penĂşltimo punto se obtendrĂĄ despejando.

đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł1 = ďż˝đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł22 â&#x2C6;&#x2019; 2 đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D; â&#x201E;&#x17D; + 2 Âˇ đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018; Âˇ

|đ??ťđ??ť| đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;1 2đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;2 2 đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122; + ďż˝đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;1 + đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;2 ďż˝ (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030; + |đ??ťđ??ť| tan đ?&#x203A;żđ?&#x203A;ż) â&#x2C6;&#x2019; ďż˝đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021; ďż˝ďż˝ďż˝1 + đ?&#x153;&#x2021;đ?&#x153;&#x2021;2 ďż˝ đ??ˇđ??ˇ1 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ??ˇđ??ˇ2 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; cos đ?&#x203A;żđ?&#x203A;ż

El resto de datos que contiene la ecuaciĂłn han sido justificados en los apartados anteriores. Gracias a una hoja de Excel se ha podido realizar esta operaciĂłn durante todos los puntos del recorrido. DespuĂŠs se ha iterado dos veces mĂĄs para obtener el resultado final. En las siguientes grĂĄficas se pueden observar las caracterĂsticas finales del recorrido que realiza el usuario.

Perfil En primer lugar, se ha hecho una grĂĄfica de la altura en funciĂłn del avance del vehĂculo. Presenta una

y (m)

idea de los desniveles presentes durante la experiencia del usuario.

x (m)

179

Velocidad A continuación, se presentan el resultado de la ecuación utilizada y sus iteraciones, proporcionado por la

v (m/s)

hoja de Excel.

x (m) Vemos que se necesita 38 m/s, 137 km/h, para subir el primer looping y completar el recorrido con la energía proporcionada. Se utilizará un motor hidráulico para realizar esta tarea. Para alcanzar esta velocidad con una aceleración de 1 g se necesita una pista de aceleración mayor a los 40 m que se han establecido. Tanto la pista de aceleración como la zona de frenado se modificarán para obtener el espacio necesario. Como el estudio realizado no incluye estas dos zonas, los resultados se consideran válidos tras la modificación geométrica del recorrido.

Aceleración Para calcular la aceleración en la dirección del movimiento se ha calculado la derivada de la ecuación de la velocidad anteriormente mostrada. Las ecuaciones se han obtenido mediante la aplicación de Curve

a (m/s2)

Fitting del programa Matlab.

x (m) 180

Los resultados son satisfactorios ya que deseábamos cambios poco bruscos en la aceleración para una mejor experiencia del usuario. Además, se puede ver que la aceleración no supera 1,5 m/s2, permitiendo al usuario disfrutar de la experiencia sin apretarlo contra el asiento, sin contar con la aceleración inicial.

Jerk Por último, dentro de la cinemática del vehículo se han estudiado las variaciones en la aceleración. Mediante Matlab se ha derivado la curva correspondiente a la aceleración obteniendo el jerk o impulso,

j (m/s3)

principal causante de las molestias durante el recorrido.

x (m) Tras ver los resultados, el jerk se ha minimizado al máximo en la dirección del movimiento, no llegando a superar 0,12 m/s3. Se puede determinar que la elección de las funciones que minimizan el impacto han cumplido el objetivo deseado.

Tolerancias médicas Las aceleraciones que actúan sobre los pasajeros de una atracción deben estar limitadas a un nivel que sea tolerable. Vemos como la aceleración en la dirección del movimiento es continua y de bajo módulo. En este apartado se tratarán las aceleraciones verticales y laterales. Según la norma UNE-EN 13814:2006 Maquinaria y estructuras para parques y ferias de atracciones, se dan unos valores límite que previenen daños en las vértebras el cuello de los pasajeros que montan en las montañas rusas, para las diferentes direcciones de la aceleración se aplica el sistema de coordenadas de la imagen de la derecha.

181

Para los grĂĄficos de aceleraciĂłn lateral medida en funciĂłn del tiempo (direcciĂłn y) se deben observar los valores permitidos de acuerdo con la siguiente figura. Se trata de aceleraciĂłn permisible del asiento ďż˝đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Śđ?&#x2018;Ś ďż˝

como una funciĂłn de la duraciĂłn del impulso.

Leyenda 1

Zona por encima del lĂmite de frecuencia de 10 Hz

â&#x2C6;&#x2020;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą

DuraciĂłn del impulso en s

Para conocer los valores de aceleraciĂłn permitidos en la direcciĂłn vertical se debe seguir la siguiente grĂĄfica. Se trata de aceleraciĂłn permisible del asiento |đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;§đ?&#x2018;§ | como una funciĂłn de la duraciĂłn.

Leyenda s

182

DuraciĂłn del impulso en s

Cuando existen valores simultĂĄneos de aceleraciĂłn lateral y de aceleraciĂłn vertical se deben cumplir las relaciones de acuerdo con la siguiente figura. Se trata de aceleraciones permisible ďż˝đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Śđ?&#x2018;Ś ďż˝ y |đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;§đ?&#x2018;§ | cuando

estĂĄn combinadas.

En la figura se indican los valores de ďż˝đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Śđ?&#x2018;Ś ďż˝ y |đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;§đ?&#x2018;§ | admisibles resultantes de esta superposiciĂłn; los valores

extremos admisibles van de đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;§đ?&#x2018;§ = â&#x2C6;&#x2019;1,7 đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D; a đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;§đ?&#x2018;§ = +6,0 đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;. Para intervalos de tiempo mayor a 0,2 s, se

pueden mantener simultĂĄneamente aceleraciones laterales menores a 1 g y aceleraciones verticales menores a 4 g.

Fuerzas g laterales

Gâ&#x20AC;&#x2122;s laterales y verticales

x (m) 183

Fuerzas g verticales

x (m) Tras ver los resultados, vemos que todos los puntos quedan recogidos en la zona de t > 0,2s, ya que las aceleraciones laterales son menores que 1 g y las verticales entre -1,5 y 4 g. Hay una excepción, un punto en el que la aceleración lateral llega a 1,7 g, sin embargo, en ese mismo punto, la aceleración vertical es de 1,17 g, por lo tanto, también queda incluido dentro de la zona de intervalos de tiempo mayores a 0,2 s.

Jerk lateral y vertical Al derivar la aceleración lateral y vertical obtenemos el jerk. A la hora de elegir las funciones que dirigen la vía se tuvo en cuenta la reducción al máximo del jerk vertical, en los loopings verticales y airtimes, y del jerk horizontal, en las curvas y loopings horizontales. Para el usuario, un jerk de 6 m/s3 es inaceptable, mientras que con un jerk de 2 m/s3 el recorrido es cómodo. Los puntos que se salgan del rango de ±6 m/s3 deberán ser estudiados posteriormente para reducir el jerk.

Jerk lateral (m/s3)

Los resultados son los siguientes:

x (m) 184

Jerk vertical (m/s3)

x (m) Vemos como los puntos van rondando el 0 m/s3 y hay determinados valores que llegan a los 2 m/s3, que se consideran aceptables para el usuario. Los únicos puntos que sobrepasan el límite admisible son el primer y el último punto del recorrido. Corresponden al primer punto del looping inclinado y al último punto del Corkscrew antes de entrar en la zona de frenado. Habría que hacer un estudio de estos dos tramos para corregir su geometría consiguiendo un jerk menor.

Conclusiones Tras el análisis de las diferentes gráficas del estudio se puede determinar que: -

En la dirección del movimiento, la velocidad que se adquiere en un principio para superar el resto del recorrido con la energía inicial es de 138 km/h. Este valor es moderado en comparación con las velocidades a las que se someten las atracciones más rápidas del planeta. Para tener una idea de la velocidad adquirida, en España, la atracción Furius Baco de Port Aventura acelera a los usuarios hasta 135 km/h en la primera recta.

En cuanto a la aceleración y el jerk: ·

En el eje x, la dirección el movimiento, la aceleración que se consigue es mínima gracias a las funciones aplicadas a la forma de la vía al comienzo del predimensionado. Además, también se consigue una función de la aceleración continua, provocando que el jerk también se reduzca al máximo.

En los ejes z e y, lateral y vertical, las aceleraciones son más elevadas, sin embargo, siempre se mantienen en un rango seguro para el usuario y se pueden mantener un periodo prolongado de tiempo. En cuanto al jerk, todos los puntos del recorrido proporcionan un recorrido agradable para el usuario, excepto el último punto que habría que estudiar posteriormente, buscando una geometría de vía que reduzca el jerk es este tramo de vía en concreto. 185

Método de fabricación La vía estará compuesta por tres tubos estructurales tubos estructurales de 200 y 800 mm de diámetro. Cada 1,5 metros se colocarán unas piezas de sujeción que unen los raíles a la viga de sujeción principal. Esta viga será sujetada por los pilares principales de la atracción.

Se fabricarán los raíles para que cumplan con la curvatura necesaria calculada anteriormente. La geometría también deberá respetar la inclinación lateral que se ha decidido para tramo de curva, siendo un factor importante a la hora del cálculo de fuerzas. El curvado de tubos es un proceso de conformado que consiste en realizar una deformación plástica a un tubo. Normalmente para esta operación se utilizan tubos de sección circular, aunque también es posible doblar perfiles rectangulares, cuadrados, solidos o extruidos para adecuarse a las especificaciones del trabajo. Al igual que ocurre en el plegado de chapa, los tubos sufren una recuperación elástica cuando deja de efectuarse fuerza sobre ellos, por lo que la curva final posee un radio superior al deseado si no se corrige correctamente. Otro efecto del doblado es que pueden aparecer cambios en el grosor de las paredes de la pieza doblada, la pared de la cara exterior tiende a volverse más delgada y en la interna se vuelve más gruesa.

186

Existen básicamente cuatro formas de doblado de tubos: ·

Doblado con pistón: Es uno de los métodos de doblado más simple y antiguo, utiliza un pistón hidráulico que fuerza los tubos para doblarlos contra unos rodillos o pivotes.

Curvado por compresión: Se utiliza un rodillo o matriz para doblar la pieza alrededor de una matriz de doblado estacionaria.

Curvado rotatorio: Para trabajos de precisión, el curvado rotatorio domina el mercado del doblado de tubos, especialmente para radios pequeños. Este proceso proporciona mayor control sobre el grosor de las paredes y la curvatura, ya que se suele utilizar un mandril en el interior y herramientas de precisión en el exterior.

Doblado con rodillos: Normalmente se utilizan tres rodillos dispuestos en forma de pirámide. Los rodillos se mueven para producir dobleces con radios muy grandes. Este proceso es muy utilizado para producir espirales.

Este proceso, al igual que la mayoría de los procesos de conformado, puede ser llevado a cabo en frio y en caliente, con las ventajas y desventajas características de cada tipo de operación. Los proveedores que ofrecen este servicio están equipados con dobladoras de tubos de alta tecnología proporcionando un servicio en gran cantidad de materiales y diámetros. Son capaces de realizar piezas directamente piezas desde planos o archivos CAD, lo que nos proporciona una gran versatilidad, pudiendo fabricar desde prototipos a la producción de grandes series.

187

CÁLCULO DEL VEHÍCULO INTRODUCCIÓN Después de conocer el diseño conceptual del vehículo se debe desarrollar los mecanismos que hagan posible un buen funcionamiento a través del recorrido. Aun sabiendo que no se pueden abarcar absolutamente todos los componentes que conforman el vehículo, se tratarán los puntos más importantes para conseguir que el movimiento de los usuarios sea fluido y satisfactorio. Dentro de este apartado se estudiará: ·

Montaje de las ruedas

Movilidad del chasis en desniveles horizontales y verticales.

Las restricciones de seguridad del asiento se han tratado de forma conceptual, sin embargo, debido a su complejidad, se dejará fuera de este estudio.

188

189

CÁLCULO DEL VEHÍCULO MONTAJE DE LAS RUEDAS A continuación se explicará el anclaje de las ruedas al chasis del vehículo. El peso máximo que soportará un tren de ruedas es de aproximadamente 9 000 kg. Corresponde la fuerza vertical máxima que sufre el vehículo dividido entre sus 4 trenes de ruedas. En el siguiente esquema se puede ver cómo sería la distribución de las ruedas.

También explica el anclaje y el material de cada tipo de rueda, siendo las ruedas de nylon naranjas y las de poliuretano, azules.

Rueda de carga Después de calcular la masa del vehículo se determina que cada rueda de carga soporta un máximo de 1400 kg, más la fuerza centrífuga. El material escogido para estas ruedas será rígido, en este caso nylon. Para compensar las vibraciones que puedan llegar de las ruedas de carga al resto del vehículo se coloca como amortiguación una lámina de poliuretano debajo del chasis. En la imagen podemos ver la manera de anclaje de las ruedas. 190

Rueda guía Las ruedas guía evitan el movimiento lateral del vehículo sobre los raíles. La forma de anclaje es la mostrada en la imagen. Para corregir cualquier tipo de separación de los dos raíles en el plano horizontal, se necesita un grado de libertad. Para ello se fija una de las ruedas guía, haciéndola rígida de nylon. La otra rueda compensa los errores mediante el material de su banda, poliuretano que es más elástico.

Up-Stop Wheel Se encargan de que vehículo no se despegue de la vía en las zonas en las que la aceleración centrípeta es negativa. El material del que estarán compuestas es poliuretano. Se necesita este material elástico para corregir los fallos que pueda tener el perfil de la vía. Además, a medida que se produzca desgaste entre los raíles y las ruedas, se creará un juego que no deseamos. Para corregirlo, el eje de esta rueda será excéntrico parar cerrar la distancia entre ejes cuando aparezca juego.

Elementos de seguridad ·

Colocación de los tornillos Con el fin de evitar que con el transcurso de la marcha los tornillos se desenrosquen, el tornillo debe estar fuera del eje de giro. Se pondrán dos tonillos para darle más estabilidad al montaje.

Tuerca de seguridad Para que la tuerca no se desenrosque hay diferentes métodos que proporcionan la seguridad necesaria. Uno de ellos es la colocación de una tuerca almenada. Se ha escogido DIN 953.

191

ElecciĂłn de las ruedas de carga Se calculan los diĂĄmetros mĂnimos necesarios para la elecciĂłn de las ruedas. A partir de la hoja de Excel se obtiene la carga vertical mayor que soportan las ruedas de carga: 358 384,61 N. Se decide poner 8 ruedas de carga en todo el vehĂculo, lo que provoca la siguiente carga en cada rueda:

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358 384,61 = 44 798,07 đ?&#x2018; đ?&#x2018; â&#x2030;&#x2C6; 4 480 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC; 8

La imagen muestra la distribuciĂłn de cargas y los diagramas de tensiones en el eje de la rueda de carga aplicando las mĂĄximas solicitaciones.

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192

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đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?

Estas son las ecuaciones que rigen los diagramas anteriores 0<xâ&#x2030;¤a đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021; = đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ Âˇ

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đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C; = â&#x2C6;&#x2019;đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? ďż˝đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ â&#x2C6;&#x2019; ďż˝ đ?&#x2018; đ?&#x2018; Âˇ đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; 2

đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ 2 đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C; = â&#x2C6;&#x2019; Âˇ đ?&#x2018; đ?&#x2018; Âˇ đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; 2 a+b < x â&#x2030;¤ a+b+c

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đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021; = 0 đ?&#x2018; đ?&#x2018;

đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C; = â&#x2C6;&#x2019;đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? ďż˝ + đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? + ďż˝ đ?&#x2018; đ?&#x2018; Âˇ đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; 2 2

đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? (đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?)2 Âˇ đ?&#x2018; đ?&#x2018; Âˇ đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? 2

Al final del tramo C, el eje sufre el mĂĄximo momento flector. Se calcula el diĂĄmetro necesario utilizando el criterio de Tresca. đ?&#x153;&#x17D;đ?&#x153;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019; = đ?&#x153;&#x17D;đ?&#x153;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122; Âˇ đ??šđ??šđ??šđ??š = ďż˝đ?&#x153;&#x17D;đ?&#x153;&#x17D; 2 + 4 đ?&#x153;?đ?&#x153;? 2

đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C; Âˇ đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026; 2 4 đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021; 2 đ?&#x153;&#x17D;đ?&#x153;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122; Âˇ đ??šđ??šđ??šđ??š = ďż˝ďż˝ ďż˝ +4 ďż˝ Âˇ ďż˝ đ??źđ??źđ?&#x2018;§đ?&#x2018;§đ?&#x2018;§đ?&#x2018;§ 3 đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020; 2

2 đ??ˇđ??ˇ đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C; Âˇ 4 đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021; 2ďż˝ + 4 ďż˝ Âˇ đ?&#x153;&#x17D;đ?&#x153;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122; Âˇ đ??šđ??šđ??šđ??š = ďż˝ďż˝ ďż˝ đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x153;&#x2039; đ??ˇđ??ˇ 4 3 đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x153;&#x2039; Âˇ đ??ˇđ??ˇ 2 Âˇ 4 4 24

Para saber la tensiĂłn lĂmite de elasticidad necesitamos determinar el material que se utilizarĂĄ en este eje. Se escoge el acero F-154, que se trata de un acero semiduro al cromo nĂquel de cementaciĂłn. El tratamiento de cementaciĂłn aporta carbono superficial (0,8% aprox.) disminuyendo esta concentraciĂłn hacia el interior de la pieza. La difusiĂłn progresiva de carbono origina unas estructuras matensĂticas en el momento del temple cuya dureza, tambiĂŠn disminuye progresivamente. En el nĂşcleo se obtiene por tratamiento de temple una estructura con dureza equivalente al porcentaje de carbono inicial presente en el acero. Mientras en superficie se consiguen durezas prĂłximas a 62-60 HRC muy resistentes al desgaste, en el nĂşcleo se consiguen durezas equivalentes a 80-120 kg/mm2 de resistencia mecĂĄnica, valores idĂłneos para obtener resistencia a la fatiga y tenacidad. Por esto, este acero tratado se utiliza para fabricaciĂłn de piezas de gran responsabilidad que deban presentar una resistencia en el nĂşcleo de 193

80-120 kg/mm2 a la vez que una tenacidad elevada, despuĂŠs de cementadas y templadas, como piĂąones, engranajes ejes, cajas de velocidad, etc. En la siguiente tabla resumen se encuentra la secuencia de tratamientos aplicados al eje. Elementos de aleaciĂłn

DenominaciĂłn

F-154

Acero de cementaciĂłn al cromo-nĂquel tenaz

Tratamiento

Temperatura (ÂşC)

Enfriamiento

0,10-0,15

Recocido

830-860

Horno

0,30-0,60

CementaciĂłn

850-900

Aire

0,10-0,35

Temple

815-850

Aceite

0,50-0,90

Temple

760-780

Aceite

2,25-3,00

Revenido

150-200

aire

Al final todo el proceso tenemos que la dureza superficial serĂĄ aproximadamente 60 HRC, cuya equivalencia en resistencia mecĂĄnica es de: đ?&#x153;&#x17D;đ?&#x153;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122; = 210

đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC; = 2,1 Âˇ 109 đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;2 đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; 2

đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? 2

Sustituimos los valores, sabiendo que đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C; = â&#x2C6;&#x2019;đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? ďż˝ + đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? + ďż˝, đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021; = 0 đ?&#x2018; đ?&#x2018; y que đ??šđ??šđ??šđ??š = 1,1, segĂşn

normativa:

2 đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? đ??ˇđ??ˇ â&#x2C6;&#x2019;đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? ďż˝2 + đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? + 2ďż˝ Âˇ 2 4 0 2,1 Âˇ 109 Âˇ 1,1 = ďż˝ďż˝ ďż˝ ďż˝ + 4 ďż˝ Âˇ đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x153;&#x2039; 2 đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x153;&#x2039; đ??ˇđ??ˇ 4 3 Âˇ đ??ˇđ??ˇ Âˇ 4 4 24

Se deciden los siguientes valores, đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; = 70 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? = 10 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? = 40 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

Sustituyendo con unidades SI y sabiendo que đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? = 4,48 Âˇ 104 , se obtiene el diĂĄmetro mĂnimo

necesario:

â&#x2C6;&#x2019;4,48 Âˇ 104

2,1 Âˇ 109 Âˇ 1,1 = ďż˝ďż˝

2 0,070 đ??ˇđ??ˇ ďż˝ + 0,01 + 0,02ďż˝ Âˇ 4 0 2 2ďż˝ + 4 ďż˝ Âˇ ďż˝ đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x153;&#x2039; đ??ˇđ??ˇ 4 3 đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x153;&#x2039; Âˇ đ??ˇđ??ˇ 2 Âˇ 4 4 4 2

Mediante un programa de cĂĄlculo se resuelve esta ecuaciĂłn, obteniendo el diĂĄmetro mĂnimo. đ??ˇđ??ˇ = 0.0234167 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; â&#x2030;&#x2C6; 24 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; 194

La rueda escogida para esta aplicación es la GSPO 250/45K de Blickle, es de nylon y soporta 5000 kg.

Ø Rueda

250 mm (D)

Ancho rueda

65 mm (T2)

Capacidad de carga

5 000 kg

Ø Eje

45 mm (d)

Largo de cubo

70 mm (T1)

Peso por unidad

5 kg

Resistencia a la temperatura

-25 ° C

Resistencia a la temperatura hasta

80 ° C

Dureza de banda de rodadura

80° Shore D

Tipo de rodamiento

Cojinete a bolas

El eje que se introduce en la rueda escogida es mayor al eje calculado, por lo tanto, se obtiene un factor de seguridad mayor al calculado.

195

ElecciĂłn de las ruedas guĂas En la direcciĂłn horizontal se produce una carga mĂĄxima de 67 819,41 N. Suponiendo tambiĂŠn 8 ruedas guĂas, la fuerza que ejerce cada rueda es la siguiente: đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;Ăđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; =

67 819,41 = 8 477,42 đ?&#x2018; đ?&#x2018; â&#x2030;&#x2C6; 870 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC; 8

La disposiciĂłn de fuerzas en el eje de estas ruedas es similar a la calculada en la rueda de carga: đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;Ăđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; đ?&#x2018; đ?&#x2018; /đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?

đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ

đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;Ăđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; đ?&#x2018; đ?&#x2018; /đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; 2 Âˇ đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?

đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

+ đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;

đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;

â&#x2C6;&#x2019;

+ â&#x2C6;&#x2019;

Estas son las ecuaciones que rigen los diagramas anteriores 0<xâ&#x2030;¤a đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021; = â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ Âˇ

đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C; = â&#x2C6;&#x2019;

196

đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;Ăđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ 2 Âˇ đ?&#x2018; đ?&#x2018; Âˇ đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; 2 Âˇ đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; 2

a < x â&#x2030;¤ a+b đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021; = â&#x2C6;&#x2019;

đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C; = â&#x2C6;&#x2019;

đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;Ăđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; đ?&#x2018; đ?&#x2018; 2

đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;Ăđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; ďż˝đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ â&#x2C6;&#x2019; ďż˝ đ?&#x2018; đ?&#x2018; Âˇ đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; 2 2

a+b < x ≤ a+b+c

x > a+b+c

𝐹𝐹𝑟𝑟 𝑔𝑔𝑔𝑔í𝑎𝑎 𝐹𝐹𝑟𝑟 𝑔𝑔𝑔𝑔í𝑎𝑎 · (𝑥𝑥 − 𝑎𝑎 − 𝑏𝑏) + 𝑁𝑁 2 𝑐𝑐 𝐹𝐹𝑟𝑟 𝑔𝑔𝑔𝑔í𝑎𝑎 𝑎𝑎 𝑀𝑀𝑓𝑓 = − �𝑥𝑥 − � + 2 2 𝐹𝐹𝑟𝑟 𝑔𝑔𝑔𝑔í𝑎𝑎 · (𝑥𝑥 − 𝑎𝑎 − 𝑏𝑏)2 𝑁𝑁 · 𝑚𝑚 2 · 𝑐𝑐

𝑇𝑇 = −

La función es simétrica a la anteriormente descrita.

En la mitad del tramo C, el eje sufre el máximo momento flector. Se calcula el diámetro necesario utilizando el criterio de Tresca. 𝜎𝜎𝑒𝑒𝑒𝑒 = 𝜎𝜎𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 · 𝐹𝐹𝐹𝐹 = �𝜎𝜎 2 + 4 𝜏𝜏 2

𝑀𝑀𝑓𝑓 · 𝑅𝑅 2 4 𝑇𝑇 2 𝜎𝜎𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 · 𝐹𝐹𝐹𝐹 = �� +4 � · � 𝐼𝐼𝑧𝑧𝑧𝑧 3 𝑆𝑆 2

𝑐𝑐 2

2 𝐷𝐷 𝑀𝑀𝑓𝑓 · 2 � + 4 �4 · 𝑇𝑇 � 𝜎𝜎𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 · 𝐹𝐹𝐹𝐹 = �� 𝜋𝜋 𝐷𝐷 4 3 𝜋𝜋 · 𝐷𝐷 2 · 4 4 4 2

Sustituyendo 𝑥𝑥 = 𝑎𝑎 + 𝑏𝑏 + obtenemos que: 𝑀𝑀𝑓𝑓 = −

𝑇𝑇 = 0 𝑁𝑁

𝐹𝐹𝑟𝑟 𝑔𝑔𝑔𝑔í𝑎𝑎 𝑎𝑎 𝑐𝑐 � + 𝑏𝑏 + � 𝑁𝑁 · 𝑚𝑚 2 2 4

Por lo tanto, la determinamos el diámetro necesario mediante el criterio de Tresca será el siguiente:

− 𝜎𝜎𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 · 𝐹𝐹𝐹𝐹 = ��

2 2 𝐹𝐹𝑟𝑟 𝑔𝑔𝑔𝑔í𝑎𝑎 𝑎𝑎 𝑐𝑐 𝐷𝐷 � + 𝑏𝑏 + � · 2 2 4 2 � + 4 �4 · 0 � 4 𝜋𝜋 𝐷𝐷 3 𝜋𝜋 · 𝐷𝐷 2 · 4 4 4 2

Se deciden los siguientes valores, 𝑎𝑎 = 20 𝑚𝑚𝑚𝑚

𝑏𝑏 = 10 𝑚𝑚𝑚𝑚

𝑐𝑐 = 80 𝑚𝑚𝑚𝑚 197

Manteniendo el mismo material con los mismos tratamientos y sabiendo que đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;Ăđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; = 8,7 Âˇ 103 đ?&#x2018; đ?&#x2018; . Sustituyendo con unidades SI se obtiene el diĂĄmetro mĂnimo necesario:

â&#x2C6;&#x2019; 2,1 Âˇ 109 Âˇ 1.1 = ďż˝ďż˝

2 0,08 đ??ˇđ??ˇ 8,7 Âˇ 103 0,020 Âˇ ďż˝ + 0,01 + ďż˝ Âˇ 4 0 2 2 2 2ďż˝ + 4 ďż˝ Âˇ ďż˝ đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x153;&#x2039; đ??ˇđ??ˇ 4 3 đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x153;&#x2039; Âˇ đ??ˇđ??ˇ 2 Âˇ 4 4 4 2

Mediante un programa de cĂĄlculo se resuelve esta ecuaciĂłn, obteniendo el diĂĄmetro mĂnimo. đ??ˇđ??ˇ = 0.0132034 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; â&#x2030;&#x2C6; 14 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

Vamos al catĂĄlogo de Blickle para escoger el modelo necesario, que soporte 1000 kg. Sin embargo, como se ha comentado anteriormente, en cada par de ruedas de guĂa, se necesita una rueda rĂgida de nylon y otra de poliuretano, concediendo asĂ un grado de libertad que corrija los errores de la vĂa. El eje incluido en las ruedas es mayor que el necesario calculado, por lo tanto, se obtendrĂĄ un factor de seguridad mayor al que pide la normativa. La rueda de nylon elegida es el modelo GSPO 150/30K.

Ă&#x2DC; Rueda

150 mm (D)

Ancho rueda

55 mm (T2)

Capacidad de carga

2500 kg

Ă&#x2DC; Eje

30 mm (d)

Largo de cubo

80 mm (T1)

Peso por unidad

1,6 kg

Resistencia a la temperatura

-25 Â° C

Resistencia a la temperatura hasta

80 Â° C

Dureza de banda de rodadura

80Â° Shore D

Tipo de rodamiento

Cojinete a bolas

198

La rueda de poliuretano elegida es el modelo GB 154/25K.

Ø Rueda

150 mm (D)

Ancho rueda

80 mm (T2)

Capacidad de carga

1050 kg

Ø Eje

25 mm (d)

Largo de cubo

80 mm (T1)

Peso por unidad

4,7 kg

Resistencia a la temperatura

-30 ° C

Resistencia a la temperatura hasta

70 ° C

Dureza de banda de rodadura

92° Shore A

Tipo de rodamiento

Cojinete a bolas

199

ElecciĂłn de las Up-Stop Wheels En la direcciĂłn horizontal se produce una carga mĂĄxima de 111 240,95 N. Suponiendo tambiĂŠn 8 ruedas guĂas, la fuerza que ejerce cada rueda es la siguiente: đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;Ăđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; =

111 240,95 = 13 905,12 đ?&#x2018; đ?&#x2018; â&#x2030;&#x2C6; 1 500 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC; 8

La disposiciĂłn de fuerzas en el eje de estas ruedas es similar a la calculada en la rueda de carga: đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2C6;â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; /đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?

Como en los apartados anteriores, se ha aplicarĂĄ el criterio de Tresca para obtener el diĂĄmetro mĂnimo. Al ser el mimo proceso que en la rueda de carga la ecuaciĂłn resultante es equivalente. đ?&#x153;&#x17D;đ?&#x153;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019; = đ?&#x153;&#x17D;đ?&#x153;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122; Âˇ đ??šđ??šđ??šđ??š = ďż˝đ?&#x153;&#x17D;đ?&#x153;&#x17D; 2 + 4 đ?&#x153;?đ?&#x153;? 2

đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2C6;â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x153;&#x17D;đ?&#x153;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122; Âˇ đ??šđ??šđ??šđ??š = ďż˝ďż˝ Se deciden los siguientes valores,

200

đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; = 90 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

2 đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? đ??ˇđ??ˇ ďż˝ + đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? + ďż˝ Âˇ 4 0 2 2 2ďż˝ + 4 ďż˝ Âˇ ďż˝ đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x153;&#x2039; đ??ˇđ??ˇ 4 3 đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x153;&#x2039; Âˇ đ??ˇđ??ˇ 2 Âˇ 4 4 4 2

đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? = 10 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? = 40 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

Manteniendo el mismo material con los mismos tratamientos y sabiendo que đ??šđ??šđ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2C6;â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; = 1,5 Âˇ 104 đ?&#x2018; đ?&#x2018; . Sustituyendo con unidades SI se obtiene el diĂĄmetro mĂnimo necesario:

2 0,090 đ??ˇđ??ˇ 1,5 Âˇ 104 Âˇ ďż˝ 2 + 0,01 + 0,02ďż˝ Âˇ 2 4 0 ďż˝ 2,1 Âˇ 109 Âˇ 1.1 = ďż˝ďż˝ ďż˝ + 4 ďż˝ Âˇ đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x153;&#x2039; đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x153;&#x2039; đ??ˇđ??ˇ 4 3 Âˇ đ??ˇđ??ˇ 2 Âˇ 4 4 4 2

Mediante un programa de cĂĄlculo se resuelve esta ecuaciĂłn, obteniendo el diĂĄmetro mĂnimo. đ??ˇđ??ˇ = 0.0170548 â&#x2030;&#x2C6; 18 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

Vamos al catĂĄlogo de Blickle para escoger el modelo necesario, una rueda de poliuretano que soporte 1000 kg. El eje incluido necesario en las ruedas es mayor que el necesario calculado, por lo tanto, se obtendrĂĄ un factor de seguridad al que se ha establecido a priori. La rosca al final del eje serĂĄ de M24. La rueda de poliuretano elegida es el modelo GTH 202/35K.

Ă&#x2DC; Rueda

200 mm (D)

Ancho rueda

80 mm (T2)

Capacidad de carga

1600 kg

Ă&#x2DC; Eje

35 mm (d)

Largo de cubo

90 mm (T1)

Peso por unidad

7,1 kg

Resistencia a la temperatura

-25 Â° C

Resistencia a la temperatura hasta

70 Â° C

Dureza de banda de rodadura

92Â° Shore A

Tipo de rodamiento

Cojinete a bolas

201

Solución final del montaje Tras calcular los ejes correspondientes y elegir las ruedas que ofrece Blickle en el catálogo, se ha modelado el conjunto final. El resultado es el siguiente. Se han utilizado el modelo CAD proporcionado por el fabricante de las ruedas, elegidas en función del material y la capacidad de carga. Después se ha con elementos diseñados para su fácil mecanización. El resultado es el siguiente.

Ruedas de carga

Ruedas guía

202

Up-stop wheels

Conclusiones ·

La base de diseño han sido los conceptos básicos nombrados al inicio de este aparatado.

Para la seguridad se ha utilizado la tuerca almenada DIN 985 con los pasadores correspondientes.

Las arandelas corresponden al DIN 125.

Los ejes serán de acero F-154, acero de cementación, para mejorar la resistencia mecánica del conjunto.

El material de la pieza de unión entre las ruedas en un principio iba a ser acero F125, sin embargo, este no admite soldadura. Se decide que la rueda de carga se unirá a dicha pieza por soldadura, por lo tanto, se ha buscado otro material. El material escogido es el acero F222, otro acero de bonificado con buena soldabilidad. Es un material de buena tenacidad, muy versátil para distintos componentes,

por

ejemplo,

industria

automotriz. 203

CÁLCULO DEL VEHÍCULO MOVILIDAD DEL VEHÍCULO Se estudia el movimiento del vehículo. Se pretende que los tubos estructurales que unen los coches tengan libertad de movimiento, introduciendo una articulación debajo de los asientos. Cada coche está representado en azul mientras los tubos móviles de unión se representan en naranja.

Aun teniendo una apariencia rígida, se necesitan ciertos grados de libertad que permitan al vehículo completar el recorrido con las curvas horizontales y verticales. La solución para proporcionar movilidad a las diferentes partes será la colocación de rótulas en las intersecciones de las vigas, debajo de cada asiento. Las rótulas se buscarán en el catálogo de la marca INA.

Los siguientes esquemas se han extraído del catálogo, en ellos se indican tanto las medidas principales de la rótula como su colocación en un sistema. Después de elegir el resto de elementos se determinará cual es la rótula necesaria y su tipo de fijación.

204

Planteamiento inicial Comienza aquí el proceso de diseño del montaje. En primer lugar, se llega a la conclusión de la necesidad de un cambio de la sección cuadrada a circular para que encaje la viga dentro de una rótula.

Vemos en el esquema que el sistema propuesto no permite girar libremente el tubo estructural, se necesita un cambio de sección en el eje que proporcione mejor movilidad. Se proponen dos soluciones para conseguir los objetivos de movimiento.

Solución 1: Tornillo de fijación

Solución 2: Rosca macho+tuerca A la hora de elegir entre las dos soluciones propuestas se decide optar por la segunda, ya que permite colocar una tuerca autoblocante. Estas tuercas tienen insertado un freno de nailon que hacen que no se muevan ni se aflojen con las vibraciones o movimientos, por lo que resultan muy útiles como topes y retenes en toda clase de ejes. Su resistencia a las vibraciones hace que sean la mejor opción para fijar motores, ejes, ruedas y en general cualquier pieza que esté sujeta a movimientos o vibraciones.

205

Finalmente, cada elemento queda compuesto por las siguientes partes: Placa de acero. Se fija al tubo estructural mediante soldadura. Se deberá tener en cuenta en la elección de material.

Tubo estructural de

Rosca macho para

sección rectangular.

colocar una tuerca autoblocante.

Eje mecanizado en acero. Se unirá a la chapa mediante soldadura. Debajo de cada asiento se encuentra una intersección de dos o cuatro vigas, la mitad fijas, la mitad móviles. La colocación de cada elemento visto en planta es la siguiente:

Se procede al modelado para comprobar la viabilidad del montaje en el espacio reducido de la base del asiento.

206

Modelado 3D

207

BLOQUE 4 PRODUCCIÃ&#x201C;N

208

Planos de producciรณn Presupuesto Manual de instrucciones Mantenimiento Valoraciรณn de riesgos

209

PLANOS DE PRODUCCIÓN FABRICACIÓN Los planos de producción se encuentran en el Anexo I. Contiene los siguientes planos: ·

1 Vehículo_completo ·

1.01 Coche_1 ·

1.01.01. Rótula+Alojamiento ·

1.01.02 Chapa_central

1.01.03 Chapa_1

1.01.04 Viga+Ruedas_dcha ·

1.01.04.01.02 Eje_rueda_carga, Eje_rueda_guía, Eje_up_stop_wheel

1.01.04.01.03 Unión_vehículo, Chapa_superior, Amortiguación_PU

1.01.04.01.04 Pieza_estructural

1.01.04.02 Perfil_rectangular_200x120_dcha

1.01.04.03 Tapa_viga

1.01.05 Viga+Ruedas_izq 1.01.05.01 Perfil rectangular 200x120_izq

1.02.01 Chapa_lateral 1.03.01 Perfil rectangular 200x120_final

1.04 Viga_móvil ·

1.01.04.01.01 Arandela_pos., Tapa_r_up-stop, Tapa_r_carga

1.03 Coche_final ·

1.02 Coche ·

1.01.04.01 Montaje_ruedas

1.01.01.01 Tapa_rótula, Alojamiento_rótula

1.04.01 Eje_rótula, Perfil_rectangular_200x120_móvil

1.05 Tapa_eje_rótula

No se han realizado los planos de los asientos el diseño de estos ha sido conceptual y no formal. Además, la forma curva del asiento sugiere que el molde de se realizará directamente del archivo CAD mediante un software de CAM.

210

211

PRESUPUESTO MÉTODO DE CÁLCULO En este apartado se van a reflejar, exclusivamente, todos los costes del vehículo derivados del diseño, fabricación, adquisición de materiales y puesta en marcha del diseño. Para la elaboración del presupuesto se separa cada concepto presupuestable en partidas, distinguiendo la partida de ingeniería, la de fabricación, la de elementos comerciales y la de montaje. Se realizará una suma de todos los conceptos susceptibles de ser presupuestados resultando un coste total.

Partida de ingeniería En el coste de ingeniería están implicados 3 tipos de profesionales y por tanto tendremos 3 tipos diferentes de tarifas. En el cuadro que se presenta a continuación se desglosa el coste por hora de cada uno de los profesionales implicados en este concepto.

Tipo de profesional

Tarifa (€/h)

Técnico administrativo

25,00

Delineante de 1ª

35,00

Ingeniero Técnico

50,00

Los conceptos imputables a nivel de ingeniería incluyen todos aquellos puntos que han sido desarrollados durante la elaboración del proyecto. En la siguiente tabla se resumen todos los conceptos, así como la cantidad de horas empleadas en cada uno de ellos, para que al final, relacionándolos con las tarifas de ingeniería, obtengamos un coste total de ingeniería.

Concepto imputable

212

Horas

Tarifa (€/h)

Total (€)

Análisis previo

50,00

2 000,00

Cálculo de las fuerzas de la vía

100

50,00

5 000,00

Diseño del vehículo

50,00

1 000,00

Cálculos del vehículo

50,00

2 000,00

Diseño del vehículo 3D

50,00

2 000,00

Elaboración planos

35,00

525,00

Elaboración memoria técnica

25,00

750,00

Elaboración anexos a la memoria

25,00

250,00

Gestión administrativa

25,00

250,00

Total

13 775

Por tanto, la partida correspondiente a la partida de ingeniería asciende a 13.775,00 €.

Partida de fabricación En la partida de fabricación se imputará la adquisición de materiales y todas aquellas operaciones sobre ellos que impliquen el mecanizado de las piezas que constituyen el vehículo. Para hacer esto, en primer lugar, se elaborará una tabla dónde se resumen las tarifas de fabricación, en la cual se presentarán los costes por hora de las diferentes máquinas que intervienen en el mecanizado. En total, se deben realizar operaciones de mecanizado sobre 21 piezas. Para cada una de ellas se elaborará una tabla en la que se resumirán las operaciones que se van a realizar, las máquinas involucradas en el proceso, las horas empleadas en ello, y el coste del material con lo que se obtendrá el coste total para cada una de ellas. Por último, se resumirán en una tabla los costes de todas las piezas, obteniendo un coste total de fabricación. Las tarifas de fabricación van a ser, cómo ya se ha introducido, un resumen de las máquinas involucradas en el proceso de fabricación por mecanizado en el cual se incluirá el coste por hora de las mismas. Se realizará una pequeña descripción de las labores a realizar por cada una de las máquinas con el objetivo de facilitar el desglose de los conceptos presupuestados del siguiente apartado. Cabe destacar, que los tiempos utilizados en la preparación de cada una de las máquinas para empezar con el mecanizado, ya está incluido en el coste por hora, con lo que no añadiremos este concepto.

Máquina herramienta

Tarifa (€/h)

Centro de mecanizado A.V.

55,00

Fresadora convencional

45,00

Torno convencional

30,00

Taladro vertical

25,00

Operaciones manuales

25,00

El Centro de mecanizado alta velocidad es utilizado para el fresado de cajeras, rebajes, punteado de taladros, fresado de figuras complicadas, etc. En resumen, todas aquellas operaciones que por su naturaleza requieran de un programa CNC y de unas altas prestaciones. Para

213

mecanizados más sencillos se cree conveniente utilizar la fresadora convencional y/o el taladro vertical. ·

Fresadora convencional: utilizada para el fresado y punteado de piezas más sencillas y manejables en las que no necesitamos una alta productividad.

Torno convencional: las operaciones contempladas en el torno convencional incluyen el mecanizado de elementos de revolución.

El taladro vertical es utilizado para la realización de agujeros.

Operaciones manuales: son todas aquellas que impliquen la eliminación de rebabas en las piezas, pulido, limpieza, verificación, etc.

Para presentar el coste de cada una de las piezas que tenemos que mecanizar, se elabora una tabla para cada pieza, en la que se imputarán las operaciones necesarias para la obtención de la misma, el coste del elemento prefabricado y los materiales utilizados para operaciones. Estas tablas, al ser individuales, incluirán información relevante sobre la pieza y los procesos utilizados para su fabricación. Las piezas que requieran de un tratamiento térmico y/o un recubrimiento se les imputará el coste global del mismo ya que este coste depende directamente de la pieza y no de una tarifa por horas. Antes de presentar las tablas, se realiza un listado de todas las piezas a fabricar. ·

Tapa_rótula (x12)

Perfil rectangular 200x120_final (x2)

Tapa_viga (x32)

Perfil_rectangular_200x120_movil (x6)

Alojamiento_rótula (x12)

Perfil_rectangular_200x120_dcha (x4)

Chapa_superior (x8)

Perfil_rectangular_200x120_izq (x4)

Arandela_posicionamiento (x32)

Tapa_r_up_stop (x8)

Asiento_izq (x3)

Tapa_r_carga (x8)

Asiento_central (x4)

Asiento_dcha (x3)

Asiento_izq_1 (x1)

Asiento_dcha_1(x1)

Asiento_trasero_izq (x1)

Asiento_trasero_dcha (x1)

Chapa_central (x4)

Chapa_1 (x4)

Chapa_lateral (x6)

Unión_vehículo (x32)

Pieza_estructural (x8)

Eje_rueda_carga (x8)

Eje_rueda_guía (x16)

Eje_up_stop_wheel (x8)

Eje_rótula (x12)

214

Designación

Uds.

Material

NºPlano

Tapa_rótula

F111

1.01.01.01

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

0,58

Fresadora convencional

0,1

45,00

4,50

Taladro vertical

0,1

25,00

2,50

Operaciones manuales

0,1

25,00

2,50

Concepto Material (130x130x5)

Total unitario

9,02

Coste total

Designación

108,24

Uds.

Material

NºPlano

F111

1.01.01.01

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

8,29

Fresadora convencional

0,15

45,00

6,67

Taladro vertical

0,1

25,00

2,50

Operaciones manuales

0,1

25,00

2,50

Alojamiento_rótula

Concepto Material (200x135x45)

Total unitario

19,96

Coste total

239,52

Designación

Uds.

Material

NºPlano

F125

1.01.02

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

30,91

Fresadora convencional

0,7

45,00

31,50

Taladro vertical

1,5

25,00

37,50

Operaciones manuales

0,5

25,00

12,50

Chapa_central

Concepto Material (447x20x495)

Total unitario

112,41

Coste total

449,64

215

Designación

Uds.

Material

NºPlano

Chapa_1

F125

1.01.03

Concepto

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

14,75

0,5

45,00

22,50

25,00

0,5

25,00

12,50

Material (325x320x20) Fresadora convencional Taladro vertical Operaciones manuales Total unitario

74,75

Coste total

299,00

Designación

Uds.

Material

NºPlano

Tapa_r_carga

F111

1.01.04.01.01

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

Material (60x60x4)

0,10

Torno convencional

0,1

25,00

2,50

Operaciones manuales

0,05

25,00

1,25

Concepto

Total unitario

3,88

Coste total

31,04

Designación

Uds.

Material

NºPlano

F111

1.01.04.01.01

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

Material (42x42x4)

0,05

Torno convencional

0,1

25,00

2,50

Operaciones manuales

0,05

25,00

1,25

Tapa_r_up_stop

Concepto

216

Total unitario

4,25

Coste total

34,00

Designación

Uds.

Material

NºPlano

F111

1.01.04.01.01

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

Material (35x35x10)

0,83

Torno convencional

0,1

25,00

2,50

Operaciones manuales

0,05

25,00

1,25

Arandela_posicionamiento

Concepto

Total unitario

4,58

Coste total

146,56

Designación

Uds.

Material

NºPlano

Eje_r_carga

F154

1.01.04.01.02

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

Material (210x42x42)

2,59

Torno convencional

0,5

25,00

12,50

Tratamiento térmico

98,00

0,1

25,00

2,50

Concepto

Operaciones manuales Total unitario

121,00

Coste total

968,00

Designación

Uds.

Material

NºPlano

Eje_r_guia

F154

1.01.04.01.02

Concepto

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

Material (180x25x25)

0,80

Torno convencional

0,5

25,00

12,50

Tratamiento térmico

30,00

0,1

25,00

2,50

Operaciones manuales Total unitario

45,80

Coste total

732,80

217

Designación

Uds.

Material

NºPlano

F154

1.01.04.01.02

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

Material (115x60x60)

2,89

Torno convencional

0,5

25,00

12,50

Tratamiento térmico

110,50

0,1

25,00

2,50

Eje_r_up_stop

Concepto

Operaciones manuales Total unitario

128,39

Coste total

1027,12

Designación

Uds.

Material

NºPlano

F222

1.01.04.01.03

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

Material (185x20x20)

0,50

Torno convencional

0,2

25,00

2,50

Operaciones manuales

0,1

25,00

2,50

Unión vehículo

Concepto

Total unitario

5,50

Coste total

Designación

Uds.

Material

NºPlano

F111

1.01.04.01.03

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

2,72

Taladro vertical

0,1

25,00

2,50

Operaciones manuales

0,1

25,00

2,50

Chapa_superior

Concepto Material (130x150x20)

218

176,00

Total unitario

7,72

Coste total

61,76

Designación

Uds.

Material

NºPlano

F222

1.01.04.01.04

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

Material (641x270x330)

399,00

Centro de mecanizado A.V.

55,00

220,00

Operaciones manuales

25,00

Pieza_estructural

Concepto

Total unitario

644,00

Coste total

Designación

5 152,00

Uds.

Material

NºPlano

F110

1.01.04.02

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

120,00

Taladro convencional

0,5

45,00

22,50

Operaciones manuales

0,5

25,00

12,50

Perfil_rectangular_200x120_dcha

Concepto Material (200x120x2000)

Total unitario

155,00

Coste total

620,00

Designación

Uds.

Material

NºPlano

Tapa_viga

F111

1.01.04.03

Concepto

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

2,45

Fresadora convencional

0,05

45,00

2,25

Operaciones manuales

0,1

25,00

2,50

Material (200x120x15)

Total unitario Coste total

7,20 230,40

219

Designación

Uds.

Material

NºPlano

F110

1.01.05.01

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

120,00

Taladro convencional

0,5

45,00

22,50

Operaciones manuales

0,5

25,00

12,50

Perfil_rectangular_200x120_izq

Concepto Material (200x120x2000)

Total unitario

155,00

Coste total

620,00

Designación

Uds.

Material

NºPlano

F110

1.01.03.01

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

120,00

Taladro convencional

0,5

45,00

22,50

Operaciones manuales

0,5

25,00

12,50

Perfil_rectangular_200x120_final

Concepto Material (200x120x2000)

Total unitario

155,00

Coste total

310,00

Designación

Uds.

Material

NºPlano

F110

1.01.04.02

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

120,00

Taladro convencional

0,5

45,00

22,50

Operaciones manuales

0,5

25,00

12,50

Perfil_rectangular_200x120_móvil

Concepto Material (200x120x2000)

220

Total unitario

155,00

Coste total

930,00

Designación

Uds.

Material

NºPlano

Chapa_lateral

F125

1.02.01

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

17,66

0,5

45,00

22,50

25,00

0,5

25,00

12,50

Concepto Material (320x395x20) Fresadora convencional Taladro vertical Operaciones manuales Total unitario

77,66

Coste total

465,96

Designación

Uds.

Material

NºPlano

Eje_rótula

F154

1.04.01

Concepto

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

Material (80x80x124)

5,55

Torno convencional

0,5

25,00

12,50

Tratamiento térmico

211,80

0,1

25,00

2,50

Operaciones manuales Total unitario

232,35

Coste total

Designación

2 788,20

Uds.

Material

NºPlano

Asientos

F154

1.04.01

Concepto

Uds/horas

Tarifa(€/h)

Coste (€)

Material

110,00

Inyección

55,00

Operaciones manuales

25,00

Total unitario Molde para inyección Coste total

167,5 1

20 000 22 345,00

221

El coste total de fabricación será el sumatorio del coste total de todas y cada una de las piezas contempladas en las tablas del apartado anterior. Para presentar este total, se resumirán en una tabla los costes totales obtenidos. Designación

Coste de fabricación (€)

Tapa_rótula

108,24

Alojamiento_rótula

239,52

Chapa_central

449,64

Chapa_1

299,00

Tapa_r_carga

31,04

Tapa_r_up_stop

34,00

Arandela_posicionamiento

146,56

Eje_r_carga

968,00

Eje_r_guía

732,80

Eje_r_up_stop

1 027,12

Unión_vehículo

176,00

Chapa_superior

61,76

Pieza_estructural

5 1542,00

Perfil_rectangular_200x120_dcha

620,00

Tapa_viga

230,40

Perfil_rectangular_200x120_izq

620,00

Perfil_rectangular_200x120_final

310,00

Perfil_rectangular_200x120_móvil

930,00

Chapa_lateral

465,96

Eje_rótula

2 788,20

Asientos

22 345,00

Total

84 125,40

Por tanto, la partida de fabricación asciende a 61 780,40 €.

Partida de componentes comerciales 222

Para elaborar la tabla del coste de elementos comerciales, nos servimos del plano de conjunto para conocer todos los elementos necesarios, así como la cantidad de los mismos. En la tabla se contempla la designación comercial de cada elemento, así como la cantidad, el coste unitario y el coste total de los mismos.

Designación

Uds.

€/Ud

Total (€)

Rótula INA GE70-DO 2RS

115,71

1 390,00

Rueda Blickle GSPO 250/45K

175,15

1 401,20

Rueda Blickle GB154/25K

192,40

3 078,40

Rueda Blickle GTH 202/35K

182,98

1 463,84

Tornillo M4x16 DIN 933

120

0,05

5,85

Tonillo M20x80 DIN 933

1,12

26,88

Tornillo M20x200 DIN 933

4,7

357,2

Arandela M20 DIN 125

0,15

2,31

Arandela M24 DIN125

0,28

4,48

Tuerca almenada M20 DIN 935

0,73

11,68

Tuerca almenada M24 DIN 935

1,14

18,24

Tuerca M30 DIN 985

4,02

48,24

Pasador 4x36 DIN 94

0,09

1,44

Pasador 5x40 DIN 94

0,09

1,44

Total

7 811,20 €

Por tanto, la partida correspondiente a la adquisición de elementos comerciales asciende a 7811,20 €.

Partida de montaje y ajuste En este apartado, se resumirán en una tabla los costes derivados del montaje y ajuste del vehículo. Para la contabilización de este apartado, se hace necesario conocer la tarifa por hora de los profesionales y los medios involucrados. Los costes correspondientes a esta partida se resumirán en una tabla con la que obtendremos un coste final. En el montaje y ajuste del vehículo se involucran dos profesionales diferentes, un oficial de 2ª y un mecánico ajustador.

223

Tipo de profesional

Tarifa (€/h)

Oficial 2ª

25,00

Mecánico ajustador

50,00

El total de la partida de montaje y ajuste se resume en una tabla dónde relacionamos cada concepto con la tarifa y las unidades de tiempo utilizadas.

Tarifa (€/h)

Tiempo (h)

Total (€)

Montaje

25,00

750,00

Ajuste

50,00

2 000,00

Tipo de profesional

2 750,00

Total

Por tanto, la partida correspondiente a montaje y ajuste del vehículo asciende a 2 750,00 €.

Coste total del vehículo En este capítulo se conocerá el coste total del vehículo sumando todas y cada una de las partidas anteriormente desglosadas. A este total, se le suman dos nuevos conceptos. El primero de ellos es la imputación de un 10% en concepto de imprevistos, pues presumiblemente no se conseguirán los resultados previstos a la primera. El segundo concepto, y quizás el más importante, es la imputación de un 20% en concepto de beneficio. El beneficio es el importe neto que vamos a percibir por la ejecución del proyecto. En la siguiente tabla, se desglosa el coste total del vehículo.

Partida presupuestada

224

Importe total de la partida (€)

Ingeniería

13 775,00

Fabricación

84 125,40

Componentes comerciales

7 811,20

Montaje y ajuste

2 750,00

Subtotal

108 461,6

Imprevistos (10%)

10 846,16

Beneficio (20%)

21 692,32

IVA (21%)

22 776,94

Coste total

163 777,00

Por tanto, el coste total del vehículo asciende a 163 777,00 €. A estos gastos habría que añadirle el precio del sistema de seguridad que se aplique a los usuarios en los asientos.

225

MANTENIMIENTO EXPEDIENTE TÉCNICO Según la normativa, todo el manteamiento de una atracción, tanto si está contratado como si no, debe ser llevado a cabo por, o bajo la supervisión directa de personas formadas o experimentadas en los procedimientos de mantenimiento apropiados para la atracción correspondiente. Estos procedimientos deben incluir el mantenimiento preventivo y el control de los componentes teniendo en cuenta todas las instrucciones del fabricante de la atracción y con la entidad de inspección independiente.

Servicio Los intervalos de servicio de la atracción recomendados por el fabricante no se deben exceder a menos que se acuerde y apruebe por escrito con el fabricante un periodo más amplio o se cuente con la aprobación de la entidad de inspección independiente. Las frecuencias con las que se efectúe el servicio deben ser conformes con las recomendaciones del fabricante. Las recomendaciones de servicio deben incluir todos los componentes que tengan que ser revisados, probados, lubricado, ajustados o reemplazados a intervalos específicos Cuando sea necesario, estas recomendaciones deben cubrir: ·

Los diagramas de los sistemas mecánicos, eléctricos, hidráulicos y neumáticos, así como de los sistemas de seguridad;

Las instrucciones relativas a las acciones que se deben emprender para la revisión, ensayo, lubricación, ajuste o sustitución de componentes, así como para el desmontaje o montaje de los mismos;

Las especificaciones de las condiciones requeridas de las piezas en cuestión y de sus desviaciones permitidas

Las especificaciones de los materiales componentes;

Las especificaciones de los lubricantes que se deben utilizar;

Los intervalos en los que se deben realizar las diferentes revisiones y servicios.

El controlador de la atracción debe asegurarse de que las piezas reemplazadas durante las operaciones de servicio están de acuerdo con las especificaciones. Si es necesario utilizar piezas de repuesto diferentes de las especificadas pro el fabricante, el controlador debe tratar estos cambios como si se tratara de una modificación y tiene que realizar las acciones detalladas en el apartado de modificaciones.

226

Reparaciones La reparación de las piezas dañadas se debe realizar con precaución, ya que esto podría causar una desviación del diseño original aprobado. Las operaciones de soldeo deben seguir en todas las partes las disposiciones de las Normas Europeas EN 288, EN 729, etc. El soldeo puede suponer una modificación crítica respecto a la seguridad, por lo que requiere la aprobación del fabricante y de la entidad de inspección. Un soldador debe seguir las normas europeas aplicables y ha de estar cualificado conforme a la Norma Europea EN 1418, debiendo utilizar materiales y métodos de soldeo que sean correctos. Los cambios de este tipo se deben considerar como modificaciones y se han de tratar de la manera especificada a continuación.

Modificaciones Cualquier modificación en: ·

Estructuras y piezas mecánicas;

Componentes críticos de seguridad;

Equipos de emergencia;

Características funcionales

solamente se debe efectuar tras consulta con el fabricante y con la entidad de inspección independiente. Si tras esta consulta se decide que tal modificación es aceptable, la propuesta para la modificación debe ser acordada por escrito con una entidad de inspección independiente y el control de calidad correspondiente debe garantizar que la modificación se realiza de acuerdo con la propuesta aprobada y verificada. Tas cualquiera de estas modificaciones, las piezas de la atracción afectadas deben ser objeto de una revisión más profunda por una entidad de inspección independiente antes de que la atracción sea puesta de nueva en servicio. La documentación aprobada se debe incluir en el libro de operaciones y debe ser actualizada por la entidad de inspección independiente. Incluso las modificaciones aparentemente insignificantes pueden conducir el fallo acelerado de los componentes de una atracción, y la utilización de una atracción fuera de la especificación del fabricante o del entorno normal para el que se diseñó es una modificación crítica respecto a la seguridad. El informe de la inspección relativo a una reparación o modificación se debe incluir en el libro de operaciones.

227

Inspecciones pertinentes Todas las atracciones en uso, así como sus partes auxiliares, deben ser inspeccionadas minuciosamente por una entidad de inspección independiente en los intervalos de tiempo especificados en apartados siguientes. Los requisitos mínimos para una inspección exhaustiva son los siguientes. Se debe obtener del propietario el libro de operaciones para identificar los componentes críticos y los métodos de inspección recomendados. Se deberían seguir los siguientes pasos: ·

Inspeccionar la atracción para establecer, en base a la experiencia y con referencia a planos y otros documentos, si está completa, sin modificaciones y correctamente instalada;

Identificar aquellas partes y componentes de la atracción que son esenciales para un funcionamiento seguro de la misma;

Informarse a través del propietario/controlador si los componentes que muestren señales de desgaste, daño u otras irregularidades son críticos para el funcionamiento seguro de la atracción;

Inspeccionar visualmente los componentes críticos seleccionados, realizando el desmontaje de los mismos cuando lo requiera el libro de operaciones o el manual de funcionamiento; cuando se sospeche que existen irregularidades, se puede requerir el desmontaje;

Si los resultados de las inspecciones anteriores indican la existencia de algún problema, se deben comprobar todos los componentes en cuanto a señales de desgaste excesivo, corrosión o fisuras, tanto internas como externas;

Cuando, en opinión de un experto, la inspección visual no sea suficiente, se deben realizar ensayos no destructivos antes del siguiente periodo de funcionamiento o después de un intervalo de tiempo prolongado;

Comprobar si existen pérdidas en los componentes hidráulicos o neumáticos usados para elevar o soportar secciones de la atracción, y verificar que las presiones se encuentran dentro de las especificaciones de diseño. Comprobar los parámetros de configuración de las válvulas de seguridad, válvulas de descarga de presión, válvulas de control de presión, y comprobar las tuberías flexibles en cuanto a señales de daños;

Comprobar el correcto estado y funcionamiento de todos los sistemas de restricción de movimientos de los pasajeros y de sus sistemas de bloqueo;

Inspeccionar y ensayar la instalación eléctrica de acuerdo con la Norma Europea EN 60204-1 y otras normas aplicables;

Observar si tales ensayos de funcionamiento se consideran apropiados;

Cuando se haya comprobado que la atracción está correctamente montada y en buenas condiciones, se debe probar sin cargar alguna a la velocidad de rotación y elevación máximas

228

permitidas, o con cualquier otra configuración recogida en el libro de operaciones en el momento de la prueba inicial o en la última inspección; ·

Observar el ciclo de funcionamiento en vacío; y

Si todo aparece satisfactorio, redactar y firmar el informe de la inspección exhaustiva y registrar en el libro de operaciones el informe del ensayo y de la inspección exhaustiva independiente.

La inspección visual sigue las siguientes pautas.

Cualquier inspección visual puede necesitar ser

complementada con ensayos no destructivos a criterio de la entidad de inspección. ·

La estructura de la atracción se debería observar en cuanto a deformaciones, es decir, elementos torcidos, doblados o abollados, piezas pérdidas o sueltas of fisuras.

Los elementos estructurales se deberían inspeccionar en cuanto o deterioros tales como oxidación del acero, maderas o aglomerados podridos, delaminación o desgarro de los compuestos reforzados con fibra o degradación de las membranas textiles.

Los sistemas de restricción de movimientos de los pasajeros se deberían inspeccionar minuciosamente en cuanto a desgastes, ajustes inadecuados, funcionamiento y anclajes correctos.

Las soldaduras, pernos, pasadores y uniones de carácter crítico se deberían inspeccionar minuciosamente en cuanto a evidencia de grietas o desgaste excesivo.

Inspección visual de soldaduras en cuanto a grietas: la inspección visual de soldaduras se debe realizar de acuerdo con las partes aplicables de la Norma Europea EN ISO 5817 cuando las soldaduras se estén inspeccionando por primera vez después de una modificación o reparación.

Las instalaciones eléctricas y electrónicas se deben inspeccionar en cuanto a modificaciones o deterioros.

Todas las atracciones requieren una inspección visual como parte de la inspección exhaustiva. Además, las atracciones se deben someter a una inspección especial después de cada nuevo montaje. Esta inspección debe ser realizada por personas experimentadas. Cuando la normativa local lo requiera, puede tener lugar una inspección independiente. Se deberían realizar las siguientes inspecciones: -

Observación de las condiciones impuestas por el libro de operaciones, a reparación de los fallos detectados durante los ensayos previos y la conformidad con las objeciones hechas durante los ensayos previos;

Cimentaciones y anclajes correctos de acuerdo con los planos y conforme a las condiciones locales del terreno;

Conformidad con los documentos de diseño, instalación de todos los componentes esenciales que soportan cargas, incluyendo los puntales de anclaje, y la conformidad de las formas y de las secciones transversales de tales componentes. Se debe prestar especial atención a la correcta

229

incorporación de componentes hidráulicos y neumáticos, escaleras, plataformas, vías, revestimientos, decoración y equipamientos similares; -

El correcto emplazamiento de la atracción;

Estado de conservación de las partes de la instalación esenciales para el soporte de cargas, comprobaciones visuales;

Sujeciones de las partes desmontables, partes de soporte de carga, así como barras ligeras y otras decoraciones;

Protecciones de juntas, instalación segura de líneas eléctricas y otros conductos sometidos a presión;

Instalación y montaje de dispositivos de seguridad de acuerdo con los planos, es decir, resguardos contra el descarrilamiento, dispositivos de fijación, y la efectividad de puertas y dispositivos de seguridad para pasajeros;

Existencia de las holguras y distancias de seguridad necesarias;

Defectos evidentes de partes eléctricas;

Viaje de prueba en vacía para atracciones.

En cuanto a las inspecciones tras reparaciones y modificaciones, en los casos siguientes la atracción y sus partes asociadas se deben someter a una inspección exhaustiva adicional realizada por una entidad de inspección independiente: ·

Antes de que se vuelva a utilizar después de una reparación, modificación o alteración que puedas haber afectado a la integridad de la atracción;

Después de una avería de origen desconocido;

Por motivos de seguridad, dentro de un período de tiempo más corto que el especificado por la entidad que examinó la atracción por última vez.

Los detalles de inspección de la instalación o de las inspecciones exhaustivas, efectuadas como se han descrito anteriormente, se deben registrar y conservar al menos hasta la fecha de la siguiente inspección exhaustiva. Todas las atracciones se deben inspeccionar de forma exhaustiva a intervalos de tiempo adecuados. Los intervalos entre dos inspecciones exhaustivas consecutivas pueden venir fijados por los reglamentos nacionales existentes. En España, no existe normativa que haga referencia al tiempo entre inspecciones, sin embargo, a mayoría de países de la UE contemplan un año como periodo máximo entre inspecciones. En cualquier caso, cuando sea necesario, los intervalos de inspección se pueden reducir a causa de modificaciones, reparaciones, cuestiones de seguridad o de solidez de la atracción.

230

A continuaciรณn se explicarรก el mantenimiento del montajes de las ruedas, que se trata del mecanismo que mรกs se ha completado de forma global.

231

Inspección de las ruedas ·

Propósito: Mantenimiento de las ruedas

Cuando: Cada día

Cómo: Con el vehículo parado en la vía de estacionamiento.

Tiempo: 1 hora

Las ruedas y ruedas de Blickle Castors & Wheel Ltd. no requieren mantenimiento si se usan en condiciones estándar (piso uniforme, velocidad manual, temperatura -15 ° C hasta + 40 ° C, seco, con polvo limitado y ningún contacto dañino con sustancias químicas). Blickle recomienda, sin embargo, comprobar la funcionalidad de las ruedas y ruedas anualmente. Mantenimiento anual recomendado: 1.

Para los productos con un engrasador, deben engrasarse una vez al año hasta que la grasa sale del cojinete. Recomendamos el uso de una grasa a base de jabón de calcio complejo (Renolit CXEP 2 o grasa tipo similar EP 2) con una temperatura de funcionamiento de -10 ° F hasta + 285 °. Para cualquier aplicación con condiciones especiales o únicas, recomendamos el uso de una grasa adaptada las condiciones requeridas.

Compruebe la funcionalidad de la rueda y la acción de giro.

Compruebe el juego del cojinete de la rueda, idealmente esto debe ser hecho de acuerdo con las normas ISO 22877 - 22884.

Compruebe el desgaste y la abrasión de las bandas de rodadura. La rueda debe ser reemplazada si la banda de rodadura está desgastada o desgastada a menos de la mitad del espesor original.

Para condiciones de aplicación que se desvían sustancialmente de las condiciones de funcionamiento estándar, recomendamos realizar las acciones de mantenimiento recomendadas más arriba a menudo. Conociendo las condiciones de seguridad necesarias en un parque de atracciones, los vehículos son revisados diariamente. Por lo tanto, el mantenimiento de las ruedas también será diario.

232

Corrección del desgaste de la vía ·

Propósito: Eliminar el juego creado con el desgaste de la vía

Cuando: Cada año

Cómo: Con el vehículo parado en la vía de estacionamiento.

Tiempo: 30 min

El eje de la rueda Up-Stop Wheel se ha hecho excéntrico para poder corregir

1. Extraer el pasador DIN125 5x40

2. Desenroscar la tuerca de seguridad DIN985 M24

3. Girar el eje hasta que la rueda haga contacto con el rail

4. Poner la tuerca de seguridad DIN985 M24

5. Colocar el pasador DIN125 5x40

233

VALORACIÓN DE RIESGOS EXPEDIENTE TÉCNICO Los peligros principales, situaciones y sucesos de peligro para los espectadores y pasajeros durante el funcionamiento y utilización de las atracciones son los siguientes. También se especifica la normativa europea que recoge la descripción de cada uno de ellos.

Peligros

Tratado en la Norma Europea EN 1314

Peligros suplementarios debido al movimiento de los pasajeros en las atracciones Peligros a causa de la intensidad y duración de las aceleraciones y tirones

6.1.6.2.4, 6.2.3 Anexo G

Peligros da causa de la intensidad y duración de las fuerzas ejercidas por los elementos del sistema de contención de los pasajeros

6.1.6.2, Anexo G

Eyección de la pasajeros

6.1.6.2

Peligros debidos al comportamiento razonablemente previsible de los pasajeros

7.5, 7.6

Peligros debidos a errores razonablemente previsibles del operador

7.4, 7.5, 7.6, D.2.7, D.2.8, D.2.9.

Peligros adicionales asociados a condiciones medioambientales Peligros asociados a vientos intensos Peligros asociados a la nieve Caída de rayo

5.3.3.4, 7.4.7.2 5.3.3.5 7.4.7.2, D.1.6

Peligros adicionales asociados a procedimientos de emergencia Peligros asociados a la necesidad de evacuar pasajeros de ubicaciones alejadas

7.4.5.4, 7.4.7.4, 7.4.8.1, 7.8

Peligros adicionales de las atracciones Lesiones por proyectiles

6.2.

Peligros adicionales asociados a aglomeraciones de personas Aplastamiento a causas de la presión de la aglomeración

6.1.4, 6.1.5

Problemas en salidas de emergencia como resultado de puntos estrechos, etc.

6.1.4, 6.1.5

234

Los riesgos derivados de los peligros indicados en la tabla anterior se deben reducir al mĂnimo aplicando los requisitos de reducciĂłn de riesgos recogidos en los apartados citados en la tabla.

235

BLOQUE 5 PRODUCTO FINAL

236

Renderings Conclusiones

237

RENDERINGS IMÁGENES FOTOREALÍSTICAS A continuación se presenta diferentes imágenes tanto de la vía como del vehículo

238

239

240

241

CONCLUSIONES ANÁLISIS DEL PROYECTO Una vez ha finalizado y se ha analizado el proyecto las conclusiones que se han extraído son las siguientes: -

En primer lugar, cabe destacar que se ha cumplido el objetivo general planteado al inicio del proyecto, un borrador de un posible diseño para una montaña rusa. Sin embargo, este concepto es demasiado amplio para la duración y el equipo detrás de este proyecto. El objetivo se debe matizar después conocer la materia de estudio. Hecha la búsqueda de información se valoran y delimitan cuales son los verdaderos objetivos dentro de esta memoria.

Es en el DESIGN BRIEF cuando el objetivo utópico de este proyecto choca con la realidad. Es el momento de establecer los límites tanto del diseño conceptual como del formal. ·

Como ya se ha comentado, el objetivo principal de este proyecto era el diseño conceptual y formal de una montaña rusa. Dado que este objetivo es irreal, se propone un primer diseño de la vía y el vehículo.

En la vía únicamente se plantea el estudio de la dinámica del vehículo sobre ella, mejorando la experiencia del usuario. Por lo tanto, se debe obtener el perfil de velocidades, aceleraciones y jerk. También se debe calcular la fuerza máxima del vehículo sobre la vía, dato necesario para un posterior predimensionado de las ruedas del vehículo, o de la propia vía.

En cuanto al vehículo, también su diseño queda delimitado por el escaso tiempo del proyecto. Se debe estudiar y diseñar a fondo el montaje de las ruedas, también se debe entrar en la movilidad del vehículo. Debido a la complejidad de las restricciones de seguridad que utilizan los asientos, este apartado se plantea de forma conceptual, sugiriendo estudios posteriores para resolver este dispositivo.

Tras la realización del proyecto se analiza si cada uno de los puntos planteados en el design brief ha sido cumplido de forma satisfactoria. Haciendo un análisis a posteriori se confirma que se han completado los requerimientos iniciales. Además, el diseño cumple las especificaciones técnicas requeridas por la normativa europea correspondiente, considerándola una guía básica de diseño durante todo el proyecto.

242

En cuanto al diseño, se ha llevado a cabo una búsqueda de información basada en el usuario y el estado del arte, muy importante para el desarrollo del diseño final. Además, se le ha dado mucha importancia a las metodologías de diseño aprendidas durante el grado. Dentro de este proceso se ha intentado buscar nuevas soluciones que rompan con los moldes que existen actualmente en el mercado. Las técnicas de creatividad, principalmente aplicadas sobre el diseño del vehículo, han permitido introducir la innovación tan anhelada por un estudiante de diseño industrial.

Desde el punto de vista mecánico se ha priorizado la sencillez del diseño, garantizando una fácil fabricabilidad. Además, el precio disminuye a medida que el diseño se simplifica y se eliminan operaciones innecesarias, mejorando la mecanización. Con este fin, siempre que se ha podido se han incorporado elementos estandarizados o comerciales. En referencia al ámbito académico se han aplicado criterios de rotura aprendidos en diferentes asignaturas. La elección de materiales se ha basada en el conocimiento adquirido durante las sesiones sobre características de los aceros.

El diseño de los asientos ha sido únicamente de forma conceptual, como se planteó en el design brief. Deberían tener una estructura interna que soporte mejor al usuario, así como un sistema complejo de unión entre el asiendo y el cojín.

Como posibles mejoras cabe destacar la necesidad una presentación del producto más a fondo, con animaciones 3D que ejemplifiquen el movimiento del vehículo, siendo además una buena herramienta de marketing. Esto se suma al sinfín de mejoras estructurales que caben dentro del diseño de una montaña rusa.

En cuanto a los objetivos personales, se han entrelazado los conocimientos adquiridos en las dos especialidades dentro del doble grado: diseño industrial y mecánica. Queda constancia del conocimiento del contenido proveniente de las diferentes asignaturas cursadas, sin embargo, el autoaprendizaje ha estado presente a lo largo de todo el proyecto. El reto de hacer un proyecto tan amplio y con aspectos tan variados ha provocado el uso de nuevos programas antes no utilizados, además de nuevos conceptos y la solución de sus respectivos cálculos.

Se concluye que el resultado de este proyecto ha sido satisfactorio tanto en el ámbito académico como en el personal.

243

BIBLOGRAFÍA FUENTES DE INFORMACIÓN

244

Análisis previo Diseño conceptual Diseño formal Producción

245

ANÁLISIS PREVIO BIBLIOGRAFÍA Introducción Amusement ride of the roller coaster type. En: Google Patents [en línea]. [consulta: 2017]. Disponible en: http://www.google.com/patents/US5272984. Cómo prevenir el mareo en las montañas rusas [en línea]. [consulta: 2017]. Disponible en: http://salud.uncomo.com/articulo/como-prevenir-el-mareo-en-las-montanas-rusas-571.html. Marden, D.Red Force (Ferrari Land]) [en línea]. Roller Coaster DataBase. [consulta: 2017]. Disponible en: https://rcdb.com/10698.htm. Marden, D.DC Rivals HyperCoaster (Warner Brothers Movie World) [en línea]. Roller Coaster DataBase. [consulta: 2017]. Disponible en: https://rcdb.com/13637.htm. Marden, D.Superman the Ride (Six Flags New England) [en línea]. Roller Coaster DataBase. [consulta: 2017]. Disponible en: https://rcdb.com/628.htm. Marden, D.Millennium Force (Cedar Point) [en línea]. Roller Coaster DataBase. [consulta: 2017]. Disponible en: https://rcdb.com/594.htm. Marden, D.Superman – Ride of Steel (Six Flags America) [en línea]. Roller Coaster DataBase. [consulta: 2017]. Disponible en: https://rcdb.com/699.htm. Son of Beast roller coaster to be removed to make room for future park expansion [en línea]., 2012. Kings Island. [consulta: 2017]. Disponible en: http://www.visitkingsisland.com/article/media-center/Son-ofBeast-roller-coaster-to-be-removed-to-make-room-for-future-park-expansion. More

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Evolución histórica The Evolution of Roller Coasters: From Russian Ice Slides to American Steel Marvels - IPWatchdog.com | Patents

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Patent

Law.

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