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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE POTENCIA NEUMÁTICO PARA ACOPLARLO A UNA BICICLETA COMERCIAL
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO
JAIME VINICIO MOLINA OSEJOS vinny_pm@hotmail.com
HUGO ALEJANDRO SALAZAR REYES alexandro19841211@hotmail.com
DIRECTOR: ING. FERNANDO JÁCOME
Quito, junio del 2009
i
DECLARACIÓN
Nosotros, JAIME VINICIO MOLINA OSEJOS y HUGO ALEJANDRO SALAZAR
REYES, declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra
autoría, que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación
profesional, que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluye en
este documento.
A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad
intelectual correspondiente a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo
establecido por la ley de propiedad intelectual, por su reglamento y por la
normatividad institucional vigente.
___________________________________ __________________________________
Jaime Vinicio Molina Osejos Hugo Alejandro Salazar Reyes
ii
Certifico que bajo mi dirección
la presente tesis fue realizada en su
totalidad por los señores:
JAIME VINICIO MOLINA OSEJOS
HUGO ALEJANDRO SALAZAR REYES
________________________________
Ing. Fernando Jácome
Director de Tesis
iii
Agradecimiento
R A mi Dios por darme la sabiduría y la
salud para terminar con éxito mis
estudios.
R A mis padres por haberme ayudado moral
y económicamente durante mi vida
estudiantil.
R Al Ing. Fernando Jácome por la ayuda
brindada en la realización del presente
proyecto.
R A la empresa FAROLMEC por creer en
nosotros y financiar el proyecto.
Jaime
iv
Agradecimiento
R A Dios por guiar mis pasos cada día.
R A mis padres por ser el pilar fundamental
de mi desarrollo.
R Al Ing. Fernando Jácome por la ayuda
brindada en la realización del presente
proyecto.
R A la empresa FAROLMEC por creer en
nosotros y financiar el proyecto.
Alejandro
v
Dedicatoria
A mi familia por su continuo
apoyo, confianza y cariño.
Jaime
vi
Dedicatoria
A mis padres por creer en mí.
Alejandro
vii
INDICE GENERAL CONTENIDO PÁGINA
CAPITULO I ........................................ ........................................................................ 1
1 GENERALIDADES ..................................... ......................................................... 1
1.1 DESCRIPCIÓN GENERAL ...................................................................................... 1
1.1.1 Ventajas .................................................................................................... 1
1.1.2 Desventajas ............................................................................................... 2
CAPITULO II ....................................... ........................................................................ 3
2 MARCO TEÓRICO .............................................................................................. 3
2.1.1 Aire ............................................................................................................ 3
2.1.2 Vapor de Agua........................................................................................... 3
2.2 CILINDROS NEUMÁTICOS ..................................................................................... 3
2.2.1 Tipos de Cilindros Neumáticos .................................................................. 4
2.3 VÁLVULAS NEUMÁTICAS....................................................................................... 8
2.3.1 Válvulas Por su Función ............................................................................ 9
2.3.2 Válvulas Por su Forma de Acondicionamiento ........................................ 15
2.4 TUBERÍA ........................................................................................................... 16
2.4.1. Montaje de Tuberías Flexibles ................................................................. 17
2.5 UNIONES Y ACCESORIOS NEUMÁTICOS ............................................................... 18
2.5.1 Adaptadores ............................................................................................ 18
2.5.2 Uniones ................................................................................................... 19
2.5.3 Codos ...................................................................................................... 19
2.5.4 Tes .......................................................................................................... 20
2.5.5 Uniones para Tubería Flexible ................................................................ 21
2.5.6 Silenciadores ........................................................................................... 21
2.6 MANÓMETROS .................................................................................................. 22
2.7 COMPRESORES DE AIRE .................................................................................... 22
2.7.1 Tipos de Compresores ............................................................................ 22
viii
2.8 TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE AIRE COMPRIMIDO ......................................... 23
CAPITULO III ...................................... ...................................................................... 25
3 PREFACTIBILIDAD ................................... ........................................................ 25
3.1 ESTUDIO DE MERCADO ..................................................................................... 25
3.1.1 Elaboración de las Encuestas ................................................................. 25
3.1.2 Procesamiento de datos Obtenidos en las Encuestas ............................ 27
3.1.3 Análisis de Resultados ............................................................................ 31
3.2 RESTRICCIONES DEL MEDIO ............................................................................... 33
3.2.1 Económicas ............................................................................................. 33
3.2.2 Tecnológicas ........................................................................................... 33
3.3 ESPECIFICACIONES DEL EQUIPO ......................................................................... 33
CAPÍTULO IV ....................................... ..................................................................... 34
4 FACTIBILIDAD ...................................... ............................................................ 34
4.1 ESTUDIO DE ALTERNATIVAS MECÁNICAS .............................................................. 34
4.1.1 Primera Alternativa .................................................................................. 34
4.1.2 Segunda Alternativa ................................................................................ 38
4.1.3 Tercera alternativa ................................................................................... 41
4.2 SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA MECÁNICA ......................................................... 43
4.2.1 Codificación ............................................................................................. 44
4.2.2 Factores de Selección ............................................................................. 44
4.3 ESTUDIO DE LAS ALTERNATIVAS NEUMÁTICAS ..................................................... 47
4.3.1 Primera Alternativa .................................................................................. 47
4.3.2 Segunda Alternativa ................................................................................ 50
4.4 SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA NEUMÁTICA ....................................................... 54
4.4.1 Codificación ............................................................................................. 54
4.4.2 Factores de Selección ............................................................................. 54
4.5 DISEÑO DE LA ALTERNATIVA MECÁNICA .............................................................. 57
4.5.1 Nomenclatura .......................................................................................... 57
4.5.2 Tanque – Abrazaderas ............................................................................ 58
ix
4.5.3 Soporte Vertical de la abrazadera delantera ........................................... 67
4.5.4 Soporte Horizontal de los Acumuladores ................................................ 69
4.5.5 Cálculo del Brazo de Sujeción del Pistón ................................................ 71
4.6 ANÁLISIS DE FALLA ESTÁTICA (TEORÍA DEL MOMENTO MÁXIMO) ........................... 78
4.6.1 Nomenclatura .......................................................................................... 78
4.6.2 Abrazadera Trasera ................................................................................. 78
4.6.3 Soporte Horizontal ................................................................................... 81
4.6.4 Brazo de Sujeción del Pistón ................................................................... 82
4.6.5 Cálculo de las Placas para las Charnelas ............................................... 87
4.6.6 Cálculo del pasador de las Charnelas ..................................................... 89
4.7 ANÁLISIS DE FATIGA ........................................................................................... 91
4.7.1 Nomenclatura .......................................................................................... 91
4.7.2 Abrazadera Delantera ............................................................................. 91
4.7.3 Abrazadera Trasera ................................................................................. 95
4.7.4 Soporte Vertical ..................................................................................... 102
4.7.5 Soporte Horizontal ................................................................................. 105
4.7.6 Brazo de Sujeción del Pistón ................................................................. 109
4.7.7 Placas Base de las Charnelas ............................................................... 113
4.7.8 Cálculo de los pasadores de las Charnelas .......................................... 116
4.8 MODELO MATEMÁTICO ............................................................................. 120
4.9 CÁLCULO DE LA ALTERNATIVA NEUMÁTICA ......................................................... 126
4.9.1 Cálculo de los Cilindros Neumáticos ..................................................... 126
4.9.2 Cálculo del Acumulador ......................................................................... 132
4.9.3 Cálculo Para la construcción del Acumulador ....................................... 133
4.9.4 Cálculo del Peso de los Acumuladores ................................................. 137
4.9.5 Relación de Torque y Transmisión para las Diferentes Combinaciones de
las Catalinas Impulsadoras e Impulsadas ........................................................ 139
x
CAPÍTULO V ........................................ ................................................................... 149
5 ESTUDIO ECONÓMICO .................................................................................. 149
5.1 PRESUPUESTO PARA LA BICICLETA ................................................................... 149
5.2 ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS ..................................................................... 150
5.3 ANÁLISIS ECONÓMICO PARA LA ADQUISICIÓN DE UN COMPRESOR DE ALTA PRESIÓN
158
5.3.1 Simbología ............................................................................................ 159
5.3.2 Formulario Económico ........................................................................... 159
5.3.3 Análisis de Punto de Equilibrio .............................................................. 161
CAPITULO VI ....................................... ................................................................... 164
6 PROTOCOLO DE PRUEBAS .............................. ............................................ 164
6.1 PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA LA BICICLETA IMPULSADA POR AIRE COMPRIMIDO 164
6.1.1 Materiales utilizados .............................................................................. 164
6.1.2 Datos de Condiciones Ambientales ....................................................... 164
6.1.3 Datos del Equipo ................................................................................... 165
6.1.4 Datos del Combustible .......................................................................... 165
6.1.5 Datos Obtenidos en la Prueba............................................................... 166
6.1.6 Cálculos ................................................................................................. 167
6.2 PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA UNA MOTOCICLETA A GASOLINA ........................ 168
6.2.1 Medición de la Condición Ambiental ...................................................... 168
6.2.2 Datos del Equipo ................................................................................... 169
6.2.3 Datos de Combustible ........................................................................... 169
6.2.4 Datos Obtenidos de la Prueba............................................................... 170
6.2.5 Cálculos ................................................................................................. 171
6.3 COMPARACIÓN ECONÓMICA ENTRE LA MOTOCICLETA Y LA BICICLETA NEUMÁTICA 172
6.3.1 motocicleta de 125 cc (4 tiempos) ......................................................... 172
6.3.2 Bicicleta Neumática ............................................................................... 173
6.4 PROYECCIÓN DE LOS COSTOS .......................................................................... 174
6.4.1 Motocicleta ............................................................................................ 174
xi
6.4.2 bicicleta neumática ................................................................................ 175
CAPITULO 7 ........................................ ................................................................... 178
7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................... ............................... 178
7.1 CONCLUSIONES ......................................................................................... 178
7.2 RECOMENDACIONES ................................................................................. 179
BIBLIOGRAFÍA ...................................... ................................................................ 180
ANEXOS ................................................................................................................. 181
xii
INDICE GRÁFICO PÁGINA Capítulo II
Gráfico 2.1. Partes del Cilindro Neumático 4
Gráfico 2.2. Cilindro Neumático de Simple Efecto Normalmente en
Retracción 5
Gráfico 2.3. Cilindro Neumático de Simple Efecto Normalmente en
Expansión 5
Gráfica 2.4. Movimiento del Aire en un cilindro neumático 6
Gráfico 2.5. Cilindro de Movimiento angular 7
Gráfico 2.6. Cilindro Neumático de doble vástago 8
Gráfico 2.7. Representación de una válvula neumática 10
Gráfico 2.8. Representación de la simbología neumática 10
Gráfico 2.9. Válvula de Tres Vías y Dos Posiciones 11
Gráfico 2.10. Representación de Válvula Cinco Vías y Dos Posiciones 12
Gráfico 2.11. Válvula de Control de Presión 13
Gráfico 2.12. Mando Manual 15
Gráfico 2.13. Mando Mecánico 16
Gráfico 2.14. Montaje de Tuberías Flexibles 18
Gráfico 2.15. Adaptadores 18
Gráfico 2.16. Uniones 19
Gráfico 2.17. Codos 20
Gráfico 2.18. Tes 20
Gráfico 2.19. Tes desiguales 21
Gráfico 2.20. Racores 22
Capítulo III
Gráfico 3.1. Pregunta 1 28
Gráfico 3.2. Pregunta 2 28
Gráfico 3.3. Pregunta 3 29
xiii
Gráfico 3.4. Pregunta 4 29
Gráfico 3.5. Pregunta 5 30
Gráfico 3.6. Instalación de sistema de propulsión 30
Gráfico 3.7. Pregunta 6 31
Gráfico 3.8. Pregunta 7 31
Gráfico 3.9. Pregunta 8 32
Capítulo IV
Gráfico 4.1. Vista Isométrica de la Alternativa1 37
Gráfico 4.2. Vista lateral de la Alternativa 1 37
Gráfico 4.3. Sistema Mecánico – Neumático de Propulsión 38
Gráfico 4.4. Sistema Mecánico – Neumático de Propulsión 38
Gráfico 4.5. Vista Isométrica de la Alternativa 2 40
Gráfico 4.6. Vista Frontal de la Alternativa 2 40
Gráfico 4.7. Sistema de Propulsión Mecánico – Neumático (Resorte
estirado) 41
Gráfico 4.8. Sistema de Propulsión Mecánico – Neumático (Resorte en
estado natural) 41
Gráfico 4.9. Vista Isométrica de la Alternativa 3 43
Gráfico 4.10. Vista Frontal de la Alternativa 3 43
Gráfico 4.11. Sistema de Propulsión Mecánico – Neumático 44
Gráfico 4.12. Circuito Neumático Alternativa 1 49
Gráfico 4.13. Alimentación de Aire Comprimido Alternativa 1 49
Gráfico 4.14. Funcionamiento del Circuito Neumático 50
Gráfico 4.15. Circuito Neumático 52
Gráfico 4.16. Alimentación de Aire Comprimido 52
Gráfico 4.17. Calibración de la Válvula Reguladora de Flujo 53
Gráfico 4.18. Funcionamiento del Circuito Neumático 54
Gráfico 4.19. D.C.L tanque – abrazadera 59
Gráfico 4.20. D.C.L tanque – abrazadera (Corregido) 60
xiv
Gráfico 4.21. D.C.L. abrazadera delantera 60
Gráfico 4.22. D.C.L. abrazadera trasera 63
Gráfico 4.23. D.C.L. Tramo RH – O 64
Gráfico 4.24. D.C.L. tramo O – RD 66
Gráfico 4.25. D.C.L. Soporte vertical 68
Gráfico 4.26. D.C.L. Soporte horizontal 70
Gráfico 4.27. D.C.L. Brazo de Sujeción 73
Gráfico 4.28. D.C.L. Brazo de Sujeción 74
Gráfico 4.29. D.C.L. Tramo U – O 75
Gráfico 4.30. D.C.L. Tramo U – O (corregido) 75
Gráfico 4.31. D.C.L. Tramo O – f 77
Gráfico 4.32. D.C.L. Abrazadera trasera 79
Gráfico 4.33. Diagrama de corte 80
Gráfico 4.34. Diagrama de Momento flector 80
Gráfico 4.35. Corte de perfil para el momento de inercia 81
Gráfico 4.36. D.C.L. Soporte Horizontal junto con las jotas 82
Gráfico 4.37. Diagrama de Corte 82
Gráfico 4.38. Diagrama de Momento flector 82
Gráfico 4.39. Brazo de Sujeción del Pistón 83
Gráfico 4.40. Diagrama de Corte 84
Gráfico 4.41. Diagrama de Momento flector 84
Gráfico 4.42. Brazo de Sujeción del Pistón (eje x-z) 85
Gráfico 4.43. Diagrama de Corte 86
Gráfico 4.44. Diagrama de Momento flector 86
Gráfico 4.45. D.C.L. de la Charnela macho 88
Gráfico 4.46. D.C.L Pasador 90
Gráfico 4.47. Diagrama de Corte 90
Gráfico 4.48. Diagrama de Momento flector 91
Gráfico 4.49. Corte del perfil 93
Gráfico 4.50. Oreja de la abrazadera delantera 93
xv
Gráfico 4.51. Esfuerzos Fluctuantes 95
Gráfico 4.52. Diagrama de Goodman 95
Gráfico 4.53. Gráfico de la Abrazadera Trasera 96
Gráfico 4.54. Corte del perfil 97
Gráfico 4.55. Oreja de la abrazadera trasera 98
Gráfico 4.56. Esfuerzos Fluctuantes 100
Gráfico 4.57. Diagrama de Goodman 100
Gráfico 4.58. Esfuerzos Fluctuantes 102
Gráfico 4.59. Diagrama de Goodman 102
Gráfico 4.60. Corte del perfil 103
Gráfico 4.61. Oreja de la Abrazadera delantera 104
Gráfico 4.62. Esfuerzos Fluctuantes 105
Gráfico 4.63. Diagrama de Goodman 105
Gráfico 4.64. D.C.L. del Soporte Horizontal 106
Gráfico 4.65. Corte del perfil 107
Gráfico 4.66. Agujero del Soporte horizontal 107
Gráfico 4.67. Esfuerzos Fluctuantes 109
Gráfico 4.68. Diagrama de Goodman 109
Gráfico 4.69. Gráfico del brazo de sujeción del Pistón 110
Gráfico 4.70. Corte del perfil 110
Gráfico 4.71. Agujero del brazo de soporte del Pistón 111
Gráfico 4.72. Esfuerzos Alternantes con Inversión Completa 113
Gráfico 4.73. Diagrama de Goodman 113
Gráfico 4.74. D.C.L. de la placa base de charnela 114
Gráfico 4.75. Corte del perfil 114
Gráfico 4.76. División de la placa base de Charnela 115
Gráfico 4.77. Esfuerzos alternantes 116
Gráfico 4.78. Diagrama de Goodman 117
Gráfico 4.79. D.C.L Pasador 117
Gráfico 4.80. Sección del pasador 118
xvi
Gráfico 4.81. Esfuerzos Alternantes con Inversión Completa 119
Gráfico 4.82. Diagrama de Goodman
120
Capítulo V
Gráfico 5.1. Punto de Equilibrio
163
Capítulo VI
Gráfico 6.1. Comparación Económica entre la Motocicleta y la Bicicleta
Neumática 177
xvii
INDICE DE TABLAS PÁGINA
Capítulo III
Tabla 3.1. Especificaciones del Equipo 34
Capítulo IV
Tabla 4.1. Selección de la alternativa 46
Tabla 4.2. Factores y Ponderaciones 46
Tabla 4.3. Ponderación 47
Tabla 4.4. Matriz de selección 47
Tabla 4.5. Solución de la matriz 47
Tabla 4.6. Selección de la alternativa Neumática 56
Tabla 4.7. Factores y Ponderaciones 56
Tabla 4.8. Ponderación 57
Tabla 4.9. Matriz de Selección 57
Tabla 4.10. Solución de la Matriz 57
Tabla 4.11. Selección de perfiles 120
Tabla 4.12. Para Obtención de Fuerza del Cilindro Neumático con
Presión de 100 Psi 128
Tabla 4.13. Para Obtención de Fuerza del Cilindro Neumático con
Presión de 80 Psi 128
Tabla 4.14. Para Obtención de Fuerza del Cilindro Neumático con
Presión de 60 Psi 129
Tabla 4.15. Para Obtención de Fuerza del Cilindro Neumático con
Presión de 40 Psi 129
Tabla 4.16. Selección del Cilindro Neumático (CONSUMO DE AIRE en
pies cúbicos por pulgada de carrera) 130
Tabla 4.17. Selección del Cilindro Neumático (Para una presión de
trabajo de 100 psi se escoge cilindro de 30 mm de diámetro) 130
Tabla 4.18. Selección del Cilindro Neumático (Para una presión de 131
xviii
trabajo de 80 psi se escoge cilindro de 32 mm de diámetro)
Tabla 4.19. Selección del Cilindro Neumático (Para una presión de
trabajo de 60 psi se escoge cilindro de 38 mm de diámetro) 131
Tabla 4.20. Selección del Cilindro Neumático (Para una presión de
trabajo de 40 psi se escoge cilindro de 46 mm de diámetro) 132
Tabla 4.21. Capacidad Útil de Tanque Dependiendo del Diámetro 135
Tabla 4.22. Espesor del Material para la Construcción de Acumulador de
Acero 135
Tabla 4.23. Espesor del Acumulador de Diámetro de 150 mm 135
Tabla 4.24. Espesor del Acumulador de Diámetro de 200 mm 136
Tabla 4.25. Espesor del Acumulador de Diámetro de 250 136
Tabla 4.26. Espesor del Acumulador de Diámetro de 300 136
Tabla 4.27. Peso del tanque 138
Tabla 4.28. Fuerza Necesaria del Cilindro Neumático 143
Tabla 4.29. Relaciones de Torque y de Transmisión 144
Tabla 4.30. Distancia Recorrida (Considerando sin inercia y relación
favorable a la fuerza necesaria) 147
Tabla 4.31. Distancia Recorrida (Considerando sin inercia y relación
favorable a la distancia recorrida) 148
Capítulo V
Tabla 5.1. Presupuesto 149
Tabla 5.2. Costos de la Compra de la Bicicleta 150
Tabla 5.3. Costo en Elementos de Inmovilización de Ejes 151
Tabla 5.4. Costos de Elementos de Sujeción 152
Tabla 5.5. Costos en la Adquisición de Gases y Aire 153
Tabla 5.6. Costos de los Elementos Neumáticos 154
Tabla 5.7. Costos de los Cilindros Neumáticos 155
Tabla 5.8. Costos de los Elementos de Suministro de Aire 156
Tabla 5.9. Costos de Ensamblaje 157
xix
Tabla 5.10. Costo del Compresor 158
Tabla 5.11. Datos Técnicos del Compresor 158
Tabla. 5.12. Costo de Mantenimiento del Compresor 161
Tabla 5.13. Depreciación Económicamente Activa 161
Tabla 5.14. Información técnica para el llenado de acumuladores de 1 m3 161
Tabla 5.15. Punto de Equilibrio para compresor de alta 162
Capítulo VI
Tabla 6.1. Condición Ambiental 164
Tabla 6.2. Datos Técnicos 165
Tabla 6.3. Costos del equipo 165
Tabla 6.4. Composición Química y Costo 165
Tabla 6.5 Proyección del Costos del Aire comprimido 166
Tabla 6.6 Datos de Funcionamiento 166
Tabla 6.7. Contaminación de Gases 166
Tabla 6.8. Niveles de Ruido 166
Tabla 6.9. Datos 167
Tabla 6.10. Resultados 168
Tabla 6.11. Condición Ambiental 168
Tabla 6.12. Datos Técnicos de la Moto 169
Tabla 6.13. Datos Técnicos de la Gasolina 169
Tabla 6.14. Historial del Precio de la Gasolina 170
Tabla 6.15. Información de Funcionamiento 170
Tabla 6.16. Emanación de Gases Tóxicos 170
Tabla 6.17. Emisión de Ruido 170
Tabla 6.18. Datos Obtenidos en la prueba 171
Tabla 6.19. Resultados 172
Tabla 6.20. Costo de una Motocicleta de 125 cc 172
Tabla 6.21. Costos Operacionales de la Motocicleta 172
Tabla 6.22. Costos para la Legalización de la Motocicleta 172
xx
Tabla 6.23. Vida útil de la Motocicleta 173
Tabla 6.24. Costo de la bicicleta neumática 173
Tabla 6.25. Costos Operacionales de la bicicleta neumática 173
Tabla 6.26. Costos de legalización de la bicicleta neumática 173
Tabla 6.27. Vida útil de la bicicleta neumática 173
Tabla 6.28. Cálculo del VAN de la Motocicleta de la 125 cc 174
Tabla 6.29. Cálculo del VAN de la bicicleta neumática 175
Tabla 6.30. Cálculo del VAN en valor actual (bicicleta neumática) 176
Tabla 6.31. Cálculo del VAN en valor actual (motocicleta) 176
xxi
INDICE DE ANEXOS Anexo AI “Elaboración de Encuestas”
Anexo AII “Presentación de Resultados de las Encuestas Realizados”
Anexo B “Simulación de la Energía del Aire Comprimido Por Unidad de Masa”
Anexo C “Norma y Simbología Neumática”
Anexo D “Fotografías del Prototipo”
Anexo E “Hojas de Procesos”
Anexo F “Planos de la Bicicleta Neumática”
Anexo G “Planos de Montaje de la Bicicleta Neumática”
xxii
RESUMEN El presente proyecto es el diseño y construcción de un sistema de potencia que
funciona utilizando la energía del aire comprimido, el cuál será instalado en una
bicicleta convencional.
El propósito de esta bicicleta propulsada por aire comprimido es: facilitar el transporte
de las personas, reducir la congestión en las ciudades densamente pobladas (como
lo es el Distrito metropolitano de Quito), disminuir los niveles de contaminación.
La bicicleta consta de dos acumuladores de 1 m3 cada uno, los cuales distribuyen el
fluido al circuito neumático, el cual está conformado por una válvula tres-dos de
accionamiento manual, un regulador de flujo unidireccional y una válvula cinco-dos
de palanca.
El aire comprimido llega hasta los dos cilindros neumáticos, los mismos que están
acoplados a los pedales de la bicicleta.
La bicicleta neumática prototipo así construida cumple con los objetivos y
expectativas planteadas respecto a su funcionamiento, transportando a los usuarios
de un lugar a otro es forma segura.
El proyecto concluye con un análisis económico del precio del aire comprimido en
caso de adquirir un compresor de alta presión, y la comparación económica entre la
bicicleta neumática y una motocicleta a gasolina de 125 centímetros cúbicos.
xxiii
PRESENTACIÓN No se puede decir que la utilización del aire comprimido como fuente de energía y
locomotriz sea una tecnología de reciente aparición. En realidad, a finales del siglo
XIX ya existían prototipos propulsados por aire comprimido en lo que a
transportación pública se refiere.
En la actualidad se está buscando otras alternativas de energía, por lo cual la
utilización de aire comprimido para impulsar vehículos es una idea valedera.
Este tipo de proyectos no han sido desarrollados en el país, no se realizan
investigaciones por parte de las universidades que son las llamadas a llevar cabo
este tipo de proyectos, mucho menos lo hace la empresa privada.
La bicicleta propulsada por aire comprimido propuesta en este proyecto tiene la
finalidad de contribuir con la disminución de la contaminación ambiental e impulsar
una nueva forma de transportación y de energía en el país.
1
CAPITULO I
1 GENERALIDADES
1.1 DESCRIPCIÓN GENERAL
La bicicleta está conformada por dos tanques de almacenamiento llenos de aire
comprimido a alta presión, el cual será utilizado como la energía de propulsión.
El circuito neumático cuenta con válvulas y accesorios que sincronizarán la acción
de los cilindros neumáticos, los cuales estarán acoplados al sistema de
desplazamiento.
1.1.1 VENTAJAS
• El sistema neumático no es contaminante, ya que su fuente de
energía es el aire comprimido.
• El aire es abundante, transportable, almacenable.
• Se puede deshacer o reciclar los depósitos de aire comprimido con
menos contaminación que las baterías.
• El tanque puede ser de ser llenado más rápido que recargar una
batería.
• El aire no es inflamable, y por tanto es menos peligroso que el
hidrógeno, la gasolina, el diesel.
2
1.1.2 DESVENTAJAS
• A altas presiones la adquisición de aire comprimido resulta costoso.
• Los acumuladores de alta presión resultan ser muy pesados, lo que
dificulta su transporte.
• Si el aire comprimido no es debidamente tratado antes de ser
utilizado puede causar graves daños en las máquinas y
herramientas neumáticas.
3
CAPITULO II
2 MARCO TEÓRICO
2.1. AIRE COMPRIMIDO
2.1.1 AIRE
El aire es un fluido, el cual se encuentra en la naturaleza en forma de gas, por esta
razón el aire puede ser adquirido con mucha facilidad y gracias a sus propiedades
físicas puede ser comprimido.
Un inconveniente del aire es que lleva consigo impurezas como polvo atmosférico y
humedad, estas impurezas son perjudiciales para los elementos y dispositivos
neumáticos, por lo que deben ser controladas adecuadamente.
2.1.2 VAPOR DE AGUA
El vapor de agua es una fase en la que interactúan dos estados vapor y líquido,
estas coexisten en equilibrio.
La presencia de vapor de agua en el proceso de compresión de aire es inevitable,
debido a las condiciones de presión y temperatura existentes en los tanques de
almacenamiento, por esta razón se debe someter el aire comprimido a un proceso de
secado antes de ser utilizado.
2.2 CILINDROS NEUMÁTICOS
Un cilindro neumático es un elemento que realiza movimientos rectilíneos,
transforma la energía del aire comprimido en energía mecánica, producida por la
presión del fluido que actúa sobre la superficie del embolo del cilindro.
Un cilindro neumático cuenta con las siguientes partes principales:
1. Émbolo.
2. Tubo cerrado.
3. Vástago.
4. Tapa delantera.
5. Tapa trasera.
6. Cámara positiva.- Es la carrera de avance.
7. Cámara negativa.- Es la que se encuentra en
Gráfico 2.1.
2.2.1 TIPOS DE CILINDROS N
En el mercado existen un sin número de cilindros
conocidos se encuentran los siguientes:
• Cilindros de simple efecto.
• Cilindros de doble efecto.
• Cilindro de movimiento angular.
• Cilindros telescópicos.
• Cilindro de membrana.
• Cilindros gemelos o de doble vástago.
• Cilindros tándem y triples.
• Cilindros alternativos.
• Cilindro de impacto.
Es la carrera de avance.
Es la que se encuentra en la carrera de retroceso.
Gráfico 2.1. Partes del Cilindro Neumático
TIPOS DE CILINDROS NEUMÁTICOS
xisten un sin número de cilindros neumáticos, entre los más
conocidos se encuentran los siguientes:
Cilindros de simple efecto.
doble efecto.
Cilindro de movimiento angular.
Cilindros telescópicos.
Cilindro de membrana.
Cilindros gemelos o de doble vástago.
Cilindros tándem y triples.
Cilindros alternativos.
4
la carrera de retroceso.
neumáticos, entre los más
2.2.1.1 Cilindro de Simple Efecto
En este tipo de cilindros la presión del aire comprimido sobre la superficie se realiza
en un solo sentido, para que el cilindro regrese a su posición inicial necesita la acción
de otra fuerza, ya sea su propio peso
Estos cilindros se dividen en:
• Normalmente en retracción.
• Normalmente en extensión.
2.2.1.1.1 Normalmente en Retracción
La carrera útil de este tipo de cilindro se produce al la salida o extensión del vástago.
Gráfico 2.2. Cilindro Neumático de Simple Efecto No rmalmente en Retracción
2.2.1.1.2 Normalmente en Expansión
Este en cambio se utiliza para halar, es decir la carrera útil es de retracción.
Gráfico 2.3. Cilindro Neumático de Simple Efecto Normalmente en Expansión
imple Efecto
la presión del aire comprimido sobre la superficie se realiza
en un solo sentido, para que el cilindro regrese a su posición inicial necesita la acción
ya sea su propio peso o la fuerza de un muelle interno.
Estos cilindros se dividen en:
Normalmente en retracción.
Normalmente en extensión.
Normalmente en Retracción
La carrera útil de este tipo de cilindro se produce al la salida o extensión del vástago.
Gráfico 2.2. Cilindro Neumático de Simple Efecto No rmalmente en Retracción
Normalmente en Expansión
Este en cambio se utiliza para halar, es decir la carrera útil es de retracción.
Cilindro Neumático de Simple Efecto Normalmente en Expansión
5
la presión del aire comprimido sobre la superficie se realiza
en un solo sentido, para que el cilindro regrese a su posición inicial necesita la acción
de un muelle interno.
La carrera útil de este tipo de cilindro se produce al la salida o extensión del vástago.
Gráfico 2.2. Cilindro Neumático de Simple Efecto No rmalmente en Retracción
Este en cambio se utiliza para halar, es decir la carrera útil es de retracción.
Cilindro Neumático de Simple Efecto Normalmente en Expansión
2.2.1.2. Cilindro de Doble Efecto
El cilindro cuenta con dos lumbreras la
decir, por una de ellas ingresa el aire comprimido, éste
mientras que por la otra lumbrera escapará el aire facilitando
deslice.
Gráfica 2.4. Movimiento del Aire en un
2.2.1.3. Cilindro de Movimiento Angular
El cilindro de movimiento angular transforma
producido por la acción del aire comprimido
Los ángulos de giro más utilizados
El ángulo de rotación depende de la longitud de carrera.
La transformación del movimiento lineal a rotacional puede ser e
siguientes maneras:
• Por un conjunto de piñón y cremallera.
• Por una cadena.
• Por una rosca.
2.2.1.2. Cilindro de Doble Efecto
El cilindro cuenta con dos lumbreras las cuales trabajan de manera alternada, es
ingresa el aire comprimido, éste desplazará el émbolo,
lumbrera escapará el aire facilitando que
Gráfica 2.4. Movimiento del Aire en un cilindro neumático
2.2.1.3. Cilindro de Movimiento Angular
El cilindro de movimiento angular transforma el desplazamiento lineal del émbolo
producido por la acción del aire comprimido, en un movimiento de rotación
los de giro más utilizados son de 120º, 180º, 270º y 360º.
El ángulo de rotación depende de la longitud de carrera.
La transformación del movimiento lineal a rotacional puede ser efectuada de las
Por un conjunto de piñón y cremallera.
6
nera alternada, es
desplazará el émbolo,
que el émbolo se
cilindro neumático
el desplazamiento lineal del émbolo,
movimiento de rotación.
fectuada de las
Gráfico 2.5. Cilindro de Movimiento angular
2.2.1.4. Cilindros Telescópicos
Estos cilindros están formados
actúan cada uno como si se tratase de cilindros individuales y cada uno calza
exactamente dentro del diámetro inmediato superior. Por su complejidad este tipo de
cilindros resultan sumamente costosos por lo que no es muy común su uso.
2.2.1.5. Cilindro de Membrana
Está constituido de una membrana de goma dura, tensa que está situada entre dos
láminas metálicas curvadas (abombadas). El vástago como en lo
encuentra en medio del émbolo.
Debido a su constitución se trata de un cilindro muy sencillo, diseñado para
distancias muy cortas (hasta 50
aplicación es muy reducido.
2.2.1.6. Cilindros Gemelos o de Doble Vástago
Se trata de un cilindro que cuenta con dos vástagos del mismo diámetro, uno
opuesto al otro, los dos están acoplados al mismo émbolo. El cilindro tiene dos
lumbreras por donde ingresa o sale el aire comprimido dependiendo del sentido de
movimiento.
Gráfico 2.5. Cilindro de Movimiento angular
2.2.1.4. Cilindros Telescópicos
Estos cilindros están formados por dos o más cilindros de diámetros progresivos, que
actúan cada uno como si se tratase de cilindros individuales y cada uno calza
dentro del diámetro inmediato superior. Por su complejidad este tipo de
cilindros resultan sumamente costosos por lo que no es muy común su uso.
2.2.1.5. Cilindro de Membrana
Está constituido de una membrana de goma dura, tensa que está situada entre dos
láminas metálicas curvadas (abombadas). El vástago como en los demás casos se
medio del émbolo.
Debido a su constitución se trata de un cilindro muy sencillo, diseñado para
distancias muy cortas (hasta 50 mm.), esta es la razón por la que su
aplicación es muy reducido.
2.2.1.6. Cilindros Gemelos o de Doble Vástago
Se trata de un cilindro que cuenta con dos vástagos del mismo diámetro, uno
opuesto al otro, los dos están acoplados al mismo émbolo. El cilindro tiene dos
onde ingresa o sale el aire comprimido dependiendo del sentido de
7
por dos o más cilindros de diámetros progresivos, que
actúan cada uno como si se tratase de cilindros individuales y cada uno calza
dentro del diámetro inmediato superior. Por su complejidad este tipo de
cilindros resultan sumamente costosos por lo que no es muy común su uso.
Está constituido de una membrana de goma dura, tensa que está situada entre dos
s demás casos se
Debido a su constitución se trata de un cilindro muy sencillo, diseñado para
), esta es la razón por la que su campo de
Se trata de un cilindro que cuenta con dos vástagos del mismo diámetro, uno
opuesto al otro, los dos están acoplados al mismo émbolo. El cilindro tiene dos
onde ingresa o sale el aire comprimido dependiendo del sentido de
Gráfico 2.6. Cilindro Neumático de doble vástago
2.2.1.7. Cilindros tándem y triples
El vástago tiene dos émbolos
de este cilindro es que la fuerza que necesita para retor
que requiere al salir, lo cual permite ahorrar energía (cantidad de aire comprimido).
2.2.1.8. Cilindro Alternativo
Los cilindros alternativos no requieren de válvulas externas
conectar directamente a la línea de aire comprimido, pues lo
están incorporados en el cabezal del cilindro
Este tipo de cilindros son muy utilizados en la industria química y alimenticia.
2.2.1.9. Cilindros de Impacto
Los cilindros trabajan a choque utilizando la energía cinética desarroll
émbolo que desplaza al vástago a gran velocidad, esto se logra gracias a que la
presión va aumentando en el depósito hasta que el aire pasa rápidamente al cilindro.
El movimiento del cilindro puede dar como resultado que la fuerza de impacto sea
200 veces la de un cilindro normal a la misma presión, y puede alcanzar velocidades
de hasta 7(m/s).
2.3 VÁLVULAS NEUMÁTICAS
Las válvulas neumáticas son dispositivos que regulan la pres
del aire comprimido a través de los elementos neumáticos y tuberías (rígida o
flexible), por otra parte actúan como amplificadores o reductores de la potencia
neumática.
Gráfico 2.6. Cilindro Neumático de doble vástago
Cilindros tándem y triples
émbolos que duplican la fuerza de un cilindro normal, la ventaja
te cilindro es que la fuerza que necesita para retornar es mucho menor que la
requiere al salir, lo cual permite ahorrar energía (cantidad de aire comprimido).
2.2.1.8. Cilindro Alternativo
Los cilindros alternativos no requieren de válvulas externas, pues se pueden
conectar directamente a la línea de aire comprimido, pues los elementos de mando
están incorporados en el cabezal del cilindro.
Este tipo de cilindros son muy utilizados en la industria química y alimenticia.
2.2.1.9. Cilindros de Impacto
choque utilizando la energía cinética desarroll
l vástago a gran velocidad, esto se logra gracias a que la
presión va aumentando en el depósito hasta que el aire pasa rápidamente al cilindro.
iento del cilindro puede dar como resultado que la fuerza de impacto sea
200 veces la de un cilindro normal a la misma presión, y puede alcanzar velocidades
VÁLVULAS NEUMÁTICAS
Las válvulas neumáticas son dispositivos que regulan la presión, caudal y dirección
del aire comprimido a través de los elementos neumáticos y tuberías (rígida o
flexible), por otra parte actúan como amplificadores o reductores de la potencia
8
que duplican la fuerza de un cilindro normal, la ventaja
nar es mucho menor que la
requiere al salir, lo cual permite ahorrar energía (cantidad de aire comprimido).
, pues se pueden
elementos de mando
Este tipo de cilindros son muy utilizados en la industria química y alimenticia.
choque utilizando la energía cinética desarrollada por el
l vástago a gran velocidad, esto se logra gracias a que la
presión va aumentando en el depósito hasta que el aire pasa rápidamente al cilindro.
iento del cilindro puede dar como resultado que la fuerza de impacto sea
200 veces la de un cilindro normal a la misma presión, y puede alcanzar velocidades
ión, caudal y dirección
del aire comprimido a través de los elementos neumáticos y tuberías (rígida o
flexible), por otra parte actúan como amplificadores o reductores de la potencia
9
El tamaño de las válvulas se especifica por medio de las medidas de las lumbreras,
por ejemplo: la válvula de ½ in. tendrá lumbreras roscadas para conectarse
interiormente a un tubo de ½ in.
Las válvulas se clasifican por: su funcionalidad, la forma de accionamiento,
comportamiento aerodinámico y su construcción, aunque esta última es de menor
importancia.
Las válvulas por su función se dividen en:
• Válvulas de control direccional.
• Válvulas de control de presión.
• Válvulas de control de caudal.
• Válvulas de bloqueo.
• Válvulas de cierre.
La clasificación según su forma de acondicionamiento es la siguiente:
• Mando manual.
• Mando mecánico.
• Mando por solenoide.
• Pilotadas.
2.3.1 VÁLVULAS POR SU FUNCIÓN
2.3.1.1. Válvulas de Control Direccional
Las válvulas de control direccional permiten, que con un rápido movimiento se
interrumpa, desvíe o deje pasar el flujo de aire.
Las válvulas de control direccional se clasifican de la siguiente manera:
• Válvula de dos vías.
• Válvula de tres vías y dos posiciones.
• Válvula de cuatro vías y dos posiciones.
• Válvula de cinco vías y dos posiciones.
• Válvula de cuatro vías y tres posiciones.
2.3.1.1.1 Simbología
El símbolo de la válvula consta de un cuadrado en el que se señalan el número de
lumbreras y los pasos del fluido, la variación de cada una de las posiciones se indica
con un cuadro adyacente con los pasos correspondientes. La posición normal (no
accionada) se indica con una línea fuera del cuadrado, y el paso del fluido se señala
por medio de una flecha dentr
Gráfico 2.7. Representación de una válvula neumátic a
A la anterior simbología se añade
muestra a continuación:
P = Entrada de presión (admisión).
E = Escape.
A = Salida principal (primera salida)
B = Salida secundaria (segunda salida).
Nota: A la entrada de aire comprimido también se la representa con un círculo y un
punto en el centro, mientras que el empalme entre una salida y un conducto
(Tubería), se lo hace con un triángulo.
Gráfico 2.8. Representación de la simbología neumát ica
Nota: La norma se encuentra en el ANEXO C
V a r i a c i ó n d el a p o s i c i ó n
( 2 p o s i c i o n e s )
P o s i c i ó nd e l av á l v u l a
El símbolo de la válvula consta de un cuadrado en el que se señalan el número de
fluido, la variación de cada una de las posiciones se indica
con un cuadro adyacente con los pasos correspondientes. La posición normal (no
accionada) se indica con una línea fuera del cuadrado, y el paso del fluido se señala
por medio de una flecha dentro del cuadro, como se puede ver a continuación.
Gráfico 2.7. Representación de una válvula neumátic a
A la anterior simbología se añade un código de letras a las lumbreras, el cual se
P = Entrada de presión (admisión).
A = Salida principal (primera salida)
B = Salida secundaria (segunda salida).
A la entrada de aire comprimido también se la representa con un círculo y un
punto en el centro, mientras que el empalme entre una salida y un conducto
ace con un triángulo.
Gráfico 2.8. Representación de la simbología neumát ica
encuentra en el ANEXO C
F l u j od e
a i r ec o m p r i m i d o
V a r i a c i ó n d el a p o s i c i ó n
( 2 p o s i c i o n e s )
P o s i c i ó nd e l av á l v u l a
L u m b r e r a
10
El símbolo de la válvula consta de un cuadrado en el que se señalan el número de
fluido, la variación de cada una de las posiciones se indica
con un cuadro adyacente con los pasos correspondientes. La posición normal (no
accionada) se indica con una línea fuera del cuadrado, y el paso del fluido se señala
o del cuadro, como se puede ver a continuación.
Gráfico 2.7. Representación de una válvula neumátic a
un código de letras a las lumbreras, el cual se
A la entrada de aire comprimido también se la representa con un círculo y un
punto en el centro, mientras que el empalme entre una salida y un conducto
Gráfico 2.8. Representación de la simbología neumát ica
2.3.1.1.2 Válvula de Tres Vías y Dos P
La válvula cuenta con una lumbrera de entrada de aire y otra de salida,
adicionalmente tiene un tercer orificio para la descarga del fluido, a este se le conoce
como escape.
En la posición normalmente cerrada, la válvula interrumpe el suministro de aire (1),
mientras la salida (3) se conecta con la lumbrera (2) para que el flujo de aire pase
En la posición normalmente abierta, la lumbrera de escape (3) se bloquea, con lo
cual, la lumbrera de entrada (1) y la lumbrera 2 se conectan y dan paso al flujo de
aire.
Gráfico 2.9
2.3.1.1.3 Válvulas Cinco Vías y Dos
Consta de una lumbrera de entrada (1) y de dos salidas, una principal (2) y una
secundaria (4), para ser utilizadas con dos escapes o descargas (3 y 5)
respectivamente.
En la posición uno, el aire pasa por 1 hacia 4, mientras que la lumbrera 2
conectada con el escape 3.
En la segunda posición, la lumbrera de entrada de aire 1 se conecta con 2, mientras
4 se conecta con el escape 5.
Válvula de Tres Vías y Dos Posiciones
La válvula cuenta con una lumbrera de entrada de aire y otra de salida,
tiene un tercer orificio para la descarga del fluido, a este se le conoce
En la posición normalmente cerrada, la válvula interrumpe el suministro de aire (1),
mientras la salida (3) se conecta con la lumbrera (2) para que el flujo de aire pase
En la posición normalmente abierta, la lumbrera de escape (3) se bloquea, con lo
cual, la lumbrera de entrada (1) y la lumbrera 2 se conectan y dan paso al flujo de
Gráfico 2.9 . Válvula de Tres Vías y Dos Posiciones
Válvulas Cinco Vías y Dos Posiciones
Consta de una lumbrera de entrada (1) y de dos salidas, una principal (2) y una
secundaria (4), para ser utilizadas con dos escapes o descargas (3 y 5)
En la posición uno, el aire pasa por 1 hacia 4, mientras que la lumbrera 2
conectada con el escape 3.
En la segunda posición, la lumbrera de entrada de aire 1 se conecta con 2, mientras
4 se conecta con el escape 5.
11
La válvula cuenta con una lumbrera de entrada de aire y otra de salida,
tiene un tercer orificio para la descarga del fluido, a este se le conoce
En la posición normalmente cerrada, la válvula interrumpe el suministro de aire (1),
mientras la salida (3) se conecta con la lumbrera (2) para que el flujo de aire pase.
En la posición normalmente abierta, la lumbrera de escape (3) se bloquea, con lo
cual, la lumbrera de entrada (1) y la lumbrera 2 se conectan y dan paso al flujo de
Consta de una lumbrera de entrada (1) y de dos salidas, una principal (2) y una
secundaria (4), para ser utilizadas con dos escapes o descargas (3 y 5)
En la posición uno, el aire pasa por 1 hacia 4, mientras que la lumbrera 2 está
En la segunda posición, la lumbrera de entrada de aire 1 se conecta con 2, mientras
Gráfico 2.10 . Representación de Válvula Cinco Vías y Dos Posici ones
2.3.1.2 Válvulas de Control d
Estas válvulas, son utilizadas para limitar el nivel máximo
(válvula de seguridad).
La válvula está constituida de la siguiente la manera:
1. Mando regulador.
2. Muelle.
3. Diafragma de caucho.
4. Admisión de alta presión.
5. Descarga a presión reducid
6. Muelle de retorno.
7. Vástagos.
8. Arandela sintética en la caja metálica.
. Representación de Válvula Cinco Vías y Dos Posici ones
ol de Presión
válvulas, son utilizadas para limitar el nivel máximo de presión admisible.
La válvula está constituida de la siguiente la manera:
Diafragma de caucho.
Admisión de alta presión.
Descarga a presión reducida.
Arandela sintética en la caja metálica.
12
. Representación de Válvula Cinco Vías y Dos Posici ones
de presión admisible.
Gráfico 2.11
2.3.1.2.1 Funcionamiento
Cuando el muelle se encuentra comprimido la
presión.
Cuando la presión actúa en
diafragma supere la resistencia del muelle,
aire.
El muelle puede ser calibrado para reducir o aumentar la presión efectiva de salida.
Las válvulas de control de presión se clasifican de la siguiente manera:
• Válvulas de regulación de presión.
• Válvulas limitadoras de presión.
• Válvulas de secuencia.
Gráfico 2.11 . Válvula de Control de Presión
se encuentra comprimido la válvula se encuentra abierta
uando la presión actúa en el extremo de salida y esta fuerza ejercida en el
la resistencia del muelle, la válvula se abre y deja pasar el flujo de
El muelle puede ser calibrado para reducir o aumentar la presión efectiva de salida.
presión se clasifican de la siguiente manera:
Válvulas de regulación de presión.
Válvulas limitadoras de presión.
Válvulas de secuencia.
13
abierta, no existe
el extremo de salida y esta fuerza ejercida en el
la válvula se abre y deja pasar el flujo de
El muelle puede ser calibrado para reducir o aumentar la presión efectiva de salida.
presión se clasifican de la siguiente manera:
14
2.3.1.2.2 Válvulas de Regulación de Presión
Esta tiene como finalidad mantener la presión constante, sin importar las
fluctuaciones que se presenten en el sistema. En las válvulas reguladoras de
presión, la presión de entrada debe ser siempre superior a la de salida.
2.3.1.2.3 Válvulas Limitadoras de Presión
Estas válvulas no permiten que la presión en el sistema supere al valor máximo
admisible, al llegar a la presión máxima permitida, la salida se abre y deja escapar el
aire al exterior. Por esta razón son utilizadas como válvulas de seguridad.
2.3.1.3 Válvulas de Control de Caudal
Estas son válvulas de estrangulación o restricción, es decir controlan el flujo de aire
comprimido, tienen una gran versatilidad, ya que permite la regulación del aire en
ambos sentidos.
Estas válvulas se clasifican en:
• Válvulas de estrangulación constante.
• Válvulas de estrangulación variable.
• Válvulas de función combinada.
2.3.1.3.1 Válvulas de Estrangulación Constante
Las válvulas de control de caudal, de estrangulación constante se dividen en:
a. Válvulas de estrangulación
En este tipo de válvulas, la longitud del segmento de estrangulación es mayor
que su diámetro.
b. Válvula de restricción de Tubería
En esta válvula sucede todo lo contrario, es decir, que el tramo de
estrangulación es menor que su diámetro.
2.3.1.3.2 Válvulas de Estrangulación Variable
Este tipo de válvulas permite regular el caudal.
2.3.1.3.3 Válvulas de función Combin
Este tipo de válvulas combinan varias funciones,
y la función de no retorno, válvula de estrangulamiento con la retención
independiente, etc.
2.3.2 VÁLVULAS POR SU FORM
2.3.2.1 Mando Manual
Las válvulas de mando manual, se activan, al aplicar
Entre las más utilizadas tenemos: válvulas generales, pulsadores, palanca y pedal.
Estas válvulas son utilizadas en circuitos sencillos y con pocas repeticiones en el
ciclo.
Válvulas de función Combinada
mbinan varias funciones, por ejemplo: la función
retorno, válvula de estrangulamiento con la retención
VÁLVULAS POR SU FORM A DE ACONDICIONAMIENTO
Las válvulas de mando manual, se activan, al aplicar sobre ellas una fuerza humana
Entre las más utilizadas tenemos: válvulas generales, pulsadores, palanca y pedal.
Estas válvulas son utilizadas en circuitos sencillos y con pocas repeticiones en el
Gráfico 2.12. Mando Manual
15
la función de retención
retorno, válvula de estrangulamiento con la retención
sobre ellas una fuerza humana.
Entre las más utilizadas tenemos: válvulas generales, pulsadores, palanca y pedal.
Estas válvulas son utilizadas en circuitos sencillos y con pocas repeticiones en el
2.3.2.2 Mando Mecánico
Se activan al aplicar directamente sobre ellas un esfuerzo mecánico. Entre estas
tenemos: tipo leva, muelle y rodillo.
Estas válvulas se deben activar por medio de una máquina o mecanismo.
Gráfico 2.
A las válvulas mecánicas y manuales se las conoce también como válvulas
análogas.
2.3.2.3 Mando Neumático
Las válvulas de accionamiento neumático pueden ser activadas por la acción del aire
comprimido en ambos sentidos.
Las válvulas pueden ser act
sistema.
Estas se clasifican en:
a. Acondicionamiento Neumático directo.
directamente por la válvula.
b. Acondicionamiento Neumático Indirecto o por Pilotaj e.
entra a la válvula de servo pilotaje, la que activa el mando principal
2.4 TUBERÍA
La distribución del aire comprimido se la puede realizar por medio de tuberías, estas
pueden ser de goma, plástico o metal.
Se activan al aplicar directamente sobre ellas un esfuerzo mecánico. Entre estas
tenemos: tipo leva, muelle y rodillo.
n activar por medio de una máquina o mecanismo.
Gráfico 2. 13. Mando Mecánico
A las válvulas mecánicas y manuales se las conoce también como válvulas
Las válvulas de accionamiento neumático pueden ser activadas por la acción del aire
comprimido en ambos sentidos.
Las válvulas pueden ser activadas, por lo general, con una presión
Acondicionamiento Neumático directo. - Es decir que el flujo de aire circula
directamente por la válvula.
Acondicionamiento Neumático Indirecto o por Pilotaj e.-
entra a la válvula de servo pilotaje, la que activa el mando principal
La distribución del aire comprimido se la puede realizar por medio de tuberías, estas
pueden ser de goma, plástico o metal.
16
Se activan al aplicar directamente sobre ellas un esfuerzo mecánico. Entre estas
n activar por medio de una máquina o mecanismo.
A las válvulas mecánicas y manuales se las conoce también como válvulas
Las válvulas de accionamiento neumático pueden ser activadas por la acción del aire
menor a la del
Es decir que el flujo de aire circula
En esta el aire
entra a la válvula de servo pilotaje, la que activa el mando principal.
La distribución del aire comprimido se la puede realizar por medio de tuberías, estas
17
La tubería flexible (mangueras de goma y plástico), son utilizadas cuando a lo largo
de la instalación se requiera de varios cambios de dirección, como por ejemplo,
curvas, codos, tes. Pero se debe poner mucha atención a las recomendaciones del
fabricante, con respecto a las presiones que estas pueden soportar.
La tubería rígida, es utilizada cuando las presiones de trabajo son bajas.
Para elegir de forma correcta las tuberías se debe tener en cuenta los siguientes
parámetros:
• Presión de trabajo, nominal y máxima.
• Pérdidas de presión admisible.
• Variación de la presión de trabajo debido a oscilaciones.
• Temperatura de trabajo del aire comprimido y del medio ambiente.
• Esfuerzos externos sobre la conducción, como por ejemplo, torsiones,
vibraciones, etc.
• Distancia entre conexiones.
• Velocidad del aire comprimido.
• Caudal.
2.4.1. MONTAJE DE TUBERÍAS FLEXIBLES
Para evitar pérdidas innecesarias y alargar la vida de las tuberías se debe seguir los
siguientes pasos:
1. Evitar las curvas y codos de pequeños diámetros, pues originan pérdidas de
presión debido a las curvaturas y estrangulación.
2. Intentar que las distancias entre conexiones sean cortas.
3. No dejar que las tuberías estén sometidas a torsión ni completamente rectas.
4. Cuando la tubería es corta, las conexiones pueden estar sometidas a
esfuerzos transversales, esto traer graves problemas, como por ejemplo: la
disminución de la estanqueidad.
5. Es recomendable que la tubería cuelgue verticalmente, a que esté en posición
horizontal.
Gráfico 2.14
2.5 UNIONES Y ACCESORIOS
Los acoples y los terminales son dispositivos de fácil montaje y desmontaje q
permiten asegurar el paso de
neumáticos que conforman el circuito neumático.
2.5.1 ADAPTADORES
Los adaptadores son elementos que permiten
distinto diámetro.
En el mercado existen dos tipos de adaptadores: macho y hembra. El adaptador
macho es utilizado para conectar la tubería (rígida o flexible) con un cilindro o una
válvula, en cambio el adaptador hem
A d a p t a d o r M a c h o
Gráfico 2.14 . Montaje de Tuberías Flexibles
UNIONES Y ACCESORIOS NEUMÁTICOS
acoples y los terminales son dispositivos de fácil montaje y desmontaje q
permiten asegurar el paso de aire comprimido entre los diferentes elementos
neumáticos que conforman el circuito neumático.
Los adaptadores son elementos que permiten la unión entre extremos roscados de
En el mercado existen dos tipos de adaptadores: macho y hembra. El adaptador
macho es utilizado para conectar la tubería (rígida o flexible) con un cilindro o una
válvula, en cambio el adaptador hembra se enrosca directamente con la tubería.
Gráfico 2.15. Adaptadores
A d a p t a d o r M a c h oA d a p t a d o r H e m b r a
18
acoples y los terminales son dispositivos de fácil montaje y desmontaje que
aire comprimido entre los diferentes elementos
la unión entre extremos roscados de
En el mercado existen dos tipos de adaptadores: macho y hembra. El adaptador
macho es utilizado para conectar la tubería (rígida o flexible) con un cilindro o una
bra se enrosca directamente con la tubería.
A d a p t a d o r H e m b r a
2.5.2 UNIONES
Las uniones son utilizadas para acoplar tuberías del mismo diámetro.
Las uniones pueden ser:
a. Unión Pasa tabiques.
bloque o un panel, que son fijados por medio de una tuerca. Los extremos
pueden ser de doble macho o doble hembra.
Los pasa tabiques también son utilizados
b. Uniones Rectas. - Sirven para acoplar elementos neumáticos sin la necesidad
de utilizar tubería.
2.5.3 CODOS
Los codos son acoples rígidos de 45º y 90º. Estos son utilizados para evitar
curvaturas en la tubería, especialmente cuando estas son de grandes diámetros, y
cuando el espacio es limitado.
Sin embargo las pérdidas en este accesorio son mayores que
suave (curvatura de amplio radio) en la tubería.
U n i ó n R e c t a
Las uniones son utilizadas para acoplar tuberías del mismo diámetro.
Unión Pasa tabiques. - Son utilizadas para unir tuberías en los orificios de un
oque o un panel, que son fijados por medio de una tuerca. Los extremos
pueden ser de doble macho o doble hembra.
Los pasa tabiques también son utilizados para unir dos tuberías.
Sirven para acoplar elementos neumáticos sin la necesidad
Gráfico 2.16. Uniones
Los codos son acoples rígidos de 45º y 90º. Estos son utilizados para evitar
curvaturas en la tubería, especialmente cuando estas son de grandes diámetros, y
cuando el espacio es limitado.
Sin embargo las pérdidas en este accesorio son mayores que en
suave (curvatura de amplio radio) en la tubería.
Gráfico 2.17. Codos
U n i ó n P a s a T a b i q u e
19
Son utilizadas para unir tuberías en los orificios de un
oque o un panel, que son fijados por medio de una tuerca. Los extremos
para unir dos tuberías.
Sirven para acoplar elementos neumáticos sin la necesidad
Los codos son acoples rígidos de 45º y 90º. Estos son utilizados para evitar
curvaturas en la tubería, especialmente cuando estas son de grandes diámetros, y
en una curvatura
U n i ó n P a s a T a b i q u e
2.5.4 TES
Las tes permiten acoplar una tercera tubería a la línea de distribución de aire
comprimido.
Existen dos tipos de tes:
a. Tes Iguales.- Cuando las tres
mismo diámetro.
b. Tes desiguales. - Cuando dos de las tres
Las tes permiten acoplar una tercera tubería a la línea de distribución de aire
Cuando las tres lumbreras de este elemento neumático son del
Gráfico 2.18. Tes
Cuando dos de las tres lumbreras son del mismo diámetro.
Gráfico 2.19. Tes desiguales
20
Las tes permiten acoplar una tercera tubería a la línea de distribución de aire
de este elemento neumático son del
son del mismo diámetro.
21
2.5.5 UNIONES PARA TUBERÍA FLEXIBLE
Los dispositivos neumáticos para tubería flexible, son en espiral para evitar que
debido a la presión las uniones se zafen.
Sin embargo los nuevos racores son de fácil montaje y desmontaje. Este nuevo
diseño se basa en la estanqueidad y se monta por la simple presión de la mano.
Para la desconexión, basta con una ligera presión sobre el anillo (2) para
contrarrestar la acción del bloqueo (5), en secuencia el cierre (4), facilitando la
extracción de la tubería.
Las uniones cuentan con las siguientes partes:
1. El tubo (no es parte del dispositivo neumático).
2. Anillo elástico.
3. Junta tórica.
4. Dientes de cierre.
5. Bloqueo.
Gráfico 2.20. Racores
2.5.6 SILENCIADORES
Los silenciadores amortiguan las vibraciones y ruidos, que se producen en el sistema
de distribución debido al escape de aire. Estos dispositivos se colocan directamente
en los escapes de herramientas y elementos neumáticos.
Básicamente un silenciador está formado por una malla cónica, con una gran área de
salida, con lo que se disminuye la presión de retroceso, lo que origina la disminución
del ruido y las vibraciones.
1
2
5
4
3
R a c o r e s R á p i d o s
22
2.6 MANÓMETROS
Los manómetros miden la diferencia entre la presión absoluta y la presión
atmosférica. La suma de presión atmosférica y la manométrica se denomina presión
absoluta.
2.7 COMPRESORES DE AIRE
El compresor es una máquina que absorbe el aire del medio ambiente, eleva su
presión y lo envía a un tanque de almacenamiento, la presión se eleva reduciendo el
volumen específico del aire.
La capacidad real de un compresor es menor que el volumen desplazado, debido a
las siguientes razones:
• Caída de presión en la succión.
• Calentamiento del aire de entrada.
• Expansión del gas retenido en el volumen muerto.
• Fugas internas y externas.
2.7.1 TIPOS DE COMPRESORES
En el mercado existen varios tipos de compresores, dependiendo de las necesidades
y características de trabajo, entre los cuales tenemos:
• De pistón.
• De membrana.
• De paletas deslizantes.
• Rotativos de tornillo.
• Rotativos Roots.
• Axial.
• Radiales.
23
2.7.1.1 Compresor de Pistón
Son los de uso más difundido, la compresión del aire se efectúa por el movimiento
alternativo de un pistón accionado por un mecanismo de biela-manivela.
Este funciona de la siguiente forma:
En la carrera descendente se abre la válvula de admisión y el cilindro se llena de
aire, se cierra la válvula de admisión, la carrera ascendente comprime el aire, y sale
por la válvula de descarga.
El campo de utilización de estos compresores va desde 50 a 25.000 m3/h de
capacidad y presiones desde 2 a 2.000 bares.
2.8 TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE AIRE COMPRIMIDO
Las funciones principales del depósito son:
• Obtener una considerable acumulación de energía para afrontar “picos” de
consumo que superen la capacidad del compresor.
• Contribuir al enfriamiento del aire comprimido y la disminución de su
velocidad, actuando así como separadores de condensado y aceite
provenientes del compresor.
• Amortiguar las pulsaciones originadas en los compresores, sobre todo en los
alternativos.
• Permitir la regulación del compresor compensando las diferencias entre el
caudal generado y el consumido, los cuales normalmente trabajan con
regímenes diferentes.
Su capacidad dependerá de las características de la demanda del aire en la red. Esta
puede ser:
24
• Constante
• Intermitente
• Instantánea
Los accesorios mínimos que deberá incluir son:
• Válvula de seguridad
• Manómetro
• Grifo de purga
• Boca de inspección
La Válvula de seguridad debe ser regulada a no más de un 10% por encima de la
presión de trabajo y deberá poder descargar el total del caudal generado por el
compresor. Deberá contar además con un dispositivo de accionamiento manual para
poder probar periódicamente su funcionamiento.
También se deberá instalar un regulador de presión que permita independizar la
presión de trabajo del compresor de aquella con la que operan los sistemas de
regulación (normalmente de 4 a 6 bares).
Los tanques de almacenamiento deben estar lo más cerca posible del compresor
para evitar efectos de pulsaciones en la tubería.
25
CAPITULO III
3 PREFACTIBILIDAD
3.1 ESTUDIO DE MERCADO
Por medio del estudio de mercado se podrá obtener información sobre la oferta y
demanda existente en el mercado nacional, así como algunas especificaciones
técnicas.
También permitirá tener una idea clara del segmento de mercado al que el producto
estará dirigido.
3.1.1 ELABORACIÓN DE LAS ENCUESTAS
3.1.1.1 Propósito de las Encuestas
Las encuestas fueron realizadas a personas de 15 años de edad en adelante,
domiciliadas en la ciudad de Quito. La encuesta servirá para confirmar o desechar
la existencia del problema en la transportación pública y el interés que la gente tenga
en la utilización de un medio de transporte ecológico y económico, como una
bicicleta impulsada por aire comprimido.
La encuesta también tiene la finalidad de dar a conocer a las personas, de un
proyecto innovador y revolucionario en el Ecuador y sobre todo en la ciudad de Quito
en lo referente a la transportación.
3.1.1.2 Descripción de la encuesta
La encuesta consta de 8 preguntas (Ver Anexo AI ).
La encuesta abarca las siguientes preguntas:
¿Tiene problemas al transportarse de un lugar a otro en la ciudad de Quito?
¿Estaría dispuesto a trasladarse a su lugar de trabajo o estudio en una bicicleta?
¿Dispone usted de una bicicleta?
26
SI DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a instalar en esta un sistema
de propulsión que facilite su trasporte?
SI NO DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a adquirir una bicicleta?
SI SU RESPUESTA ANTERIOR ES AFIRMATIVA:
Instalaría el sistema
de Propulsión
No instalaría el sistema
de propulsión
Cuál es la distancia aproximada que recorre diariamente:
Cuanto tiempo se demora en ir a su destino
Su edad está entre los….……
La mayor parte de la encuesta tiene preguntas de afirmación o negación, mientras
que la parte restante tiene preguntas de opción múltiple, las preguntas pretenden ser
objetivas, rápidas y de fácil entendimiento.
Se realizaron 51 encuestas desde el 20 de octubre 2008 hasta el 24 de octubre
2008.
3.1.1.3 Personas Encuestadas
Se realizaron las encuestas a personas desde los 15 años en adelante.
Las encuestas fueron realizadas en varios sectores de la ciudad de Quito, como por
ejemplo: la plaza grande, en el centro comercial CCI, en la Escuela Politécnica
Nacional, la Universidad Central del Ecuador y en el colegio Luis Fidel Martínez. (Ver
tabla de las personas encuestadas Anexo AII ).
3.1.2 PROCESAMIENTO DE DAT
3.1.2.1 Despliegue de Resultados
1. ¿Tiene problemas al
2. ¿Estaría dispuesto
bicicleta?
0,00%
20,00%
40,00%
60,00%
80,00%
49%
PROCESAMIENTO DE DAT OS OBTENIDOS EN LAS ENCUESTAS
Despliegue de Resultados
¿Tiene problemas al transportarse de un lugar a otro en la ciudad de Quito?
Gráfico 3.1. Pregunta 1
¿Estaría dispuesto a trasladarse a su lugar de trabajo o estudio en una
Gráfico 3.2. Pregunta 2
Sí No
Pregunta #1
51%
49%
Pregunta #2
Sí
No
27
ENCUESTAS
transportarse de un lugar a otro en la ciudad de Quito?
trasladarse a su lugar de trabajo o estudio en una
3. ¿Dispone usted de una bicicleta?
4. SI DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a instalar en esta un
sistema de propulsión que
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
70,00%
80,00%
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
70,00%
80,00%
¿Dispone usted de una bicicleta?
Gráfico 3.3. Pregunta 3
SI DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a instalar en esta un
sistema de propulsión que facilite su trasporte?
Gráfico 3.4. Pregunta 4
Sí No
Pregunta #3
Sí No
Pregunta #4
28
SI DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a instalar en esta un
5. SI NO DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a adquirir una
bicicleta?
SI SU RESPUESTA ANTERIOR ES AFIRMATIVA:
Instalaría el
sistema de
Propulsión
Gráfico 3 .6
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
70,00%
80,00%
0,00%10,00%20,00%30,00%40,00%50,00%60,00%70,00%80,00%90,00%
SI NO DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a adquirir una
Gráfico 3.5. Pregunta 5
SI SU RESPUESTA ANTERIOR ES AFIRMATIVA:
No instalaría
el sistema
de propulsión
.6. Instalación de sistema de propulsión
Sí No
Pregunta #5
Si intalarían No instalarían
Sistema de Propulsión
29
SI NO DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a adquirir una
6. Cuál es la distancia aproximada que recorre diariamente:
La distancia que recorren las personas diariamente fue medida en un mapa plano
guía de Quito, (ver tabla de datos en el anexo AII
7. Cuanto tiempo se demora en ir a su destino
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Hasta 10 km
Núm
ero
de P
erso
nas
28,00%
29,00%
30,00%
31,00%
32,00%
33,00%
34,00%
35,00%
36,00%
37,00%
hasta 30 minutos
Cuál es la distancia aproximada que recorre diariamente:
Gráfico 3.7. Pregunta 6
La distancia que recorren las personas diariamente fue medida en un mapa plano
ver tabla de datos en el anexo AII ).
Cuanto tiempo se demora en ir a su destino
Gráfico 3.8. Pregunta 7
Hasta 10 km De 11 a 20 km Más de 20 km
Distancia Recorrida (km)
Pregunta 6
hasta 30 minutos 31 minutos a
1hora
mas de 1 hora
Pregunta #7
30
La distancia que recorren las personas diariamente fue medida en un mapa plano
8. Su edad está entre los….……
3.1.3 ANÁLISIS DE RESULTAD
¿Tiene problemas al transportarse en la ciudad de Quito?
El 67.67% de las personas
que provocan el descontento de las personas se debe a las congestiones vehiculares
que se dan en las horas pico, otra de las cau
expuestos en el transporte público.
Se ha demostrado la insatisfacción de la gente frente al transporte
justificada la necesidad de buscar e implementar un nuevo medio de transporte
dentro de la ciudad de Quito.
¿Estaría dispuesto a trasladarse a su
bicicleta?
El 51% de las personas estarían dispuestas a movilizarse dentro de la cuidad en una
bicicleta, y un 49% no lo estarían, la razón es que cuidad
descripción geográfica muy especial debido a la existencia de i
que complican el trasladarse de un lugar a otro dentro de la ciudad, pero la mayoría
0,00%
20,00%
40,00%
60,00%
80,00%
100,00%
Hasta 25 años
Su edad está entre los….……
Gráfico 3.9. Pregunta 8
ANÁLISIS DE RESULTAD OS
transportarse en la ciudad de Quito?
67.67% de las personas encuestadas tienen problemas de trasporte
que provocan el descontento de las personas se debe a las congestiones vehiculares
que se dan en las horas pico, otra de las causas es el maltrato a los que están
transporte público.
e ha demostrado la insatisfacción de la gente frente al transporte, por lo cual queda
la necesidad de buscar e implementar un nuevo medio de transporte
dentro de la ciudad de Quito.
¿Estaría dispuesto a trasladarse a su lugar de trabajo o estudio en una
El 51% de las personas estarían dispuestas a movilizarse dentro de la cuidad en una
estarían, la razón es que cuidad la de Quito presenta una
descripción geográfica muy especial debido a la existencia de innumerables
que complican el trasladarse de un lugar a otro dentro de la ciudad, pero la mayoría
Hasta 25 años 26 a 35 años hasta 36 años
Pregunta #8
31
encuestadas tienen problemas de trasporte, las causas
que provocan el descontento de las personas se debe a las congestiones vehiculares
sas es el maltrato a los que están
, por lo cual queda
la necesidad de buscar e implementar un nuevo medio de transporte
lugar de trabajo o estudio en una
El 51% de las personas estarían dispuestas a movilizarse dentro de la cuidad en una
de Quito presenta una
nnumerables cuestas
que complican el trasladarse de un lugar a otro dentro de la ciudad, pero la mayoría
32
coincide que la distancia que deben trasladarse diariamente no les permitiría
transportarse en un bicicleta.
¿Dispone usted de una bicicleta?
El 71% de las personas encuestadas señalaron que cuentan con una bicicleta, la
cual usan por diversión.
¿Estaría dispuesto a instalar en ésta un sistema de propulsión que facilite su
trasporte?
De las personas que contaban con una bicicleta el 75% instalarían un sistema de
propulsión, que en este caso se trata de uno aire comprimido, la finalidad de esta
pregunta era averiguar si el producto tendría aceptación en el mercado, se puede ver
que la gente estaría dispuesta a incorporar este sistema de propulsión, el cual les
resultaría más económico ya que cuentan con la bicicleta. Esto podría generan una
nueva fuente de trabajo en la ciudad y posiblemente en todo el país.
Si no dispone de una bicicleta ¿Estaría dispuesto a adquirir una bicicleta?
El 29% de las personas encuestadas no tienen bicicleta, pero de este porcentaje
más de la mitad estaría dispuesto en adquirirlo una, de estos el 80% estaría
dispuesto a implementar el sistema de propulsión o en su defecto adquirir la bicicleta
con el sistema de propulsión ya incorporado, se concluye entonces que existe un
gran mercado en el que se podría incursionar.
Cuál es la distancia aproximada que recorre diariam ente
El propósito de esta pregunta es investigar la distancia promedio que una persona se
traslada frecuentemente. Los resultados arrojaron que el 79% de los encuestados se
trasladan aproximadamente 20 km en el día, por lo tanto el vehículo debería tener
por lo menos una autonomía de 25 km.
Su edad está entre los:
El producto tendría una mayor acogida en la gente de 15 a 25 años de edad
33
3.2 RESTRICCIONES DEL MEDIO
Las restricciones que el medio pueda presentar, limitan de forma considerable las
posibilidades de desarrollo, en nuestro país existen varias de estas limitaciones.
Para el desarrollo del presente trabajo existen las siguientes restricciones.
3.2.1 ECONÓMICAS
La restricción más importante es la económica, ya que la gente no cuenta con
suficientes recursos económicos, el principal objetivo es el diseño y construcción de
un producto sencillo, seguro y económicamente accesible, para esto se va a utilizar
materia prima existente en el mercado nacional y evitar en lo posible la importación,
con lo cual disminuirá ostensiblemente los costos de producción.
3.2.2 TECNOLÓGICAS
Esta restricción provoca que en el mercado local exista dificultad para obtener
algunos de los componentes que forman parte del sistema de movimiento, como
por ejemplo: acumuladores, cilindros neumáticos.
3.3 ESPECIFICACIONES DEL EQUIPO
Debido a que al principio se estableció comercializar el equipo a nivel local, es
importante que las especificaciones de este, estén acorde a las necesidades del
medio, como son las condiciones geográficas de la sierra ecuatoriana (ver Anexo
AII, pregunta 2), la distancia de desplazamiento y la población meta, el equipo debe
tener las siguientes características:
Especificaciones Técnicas Unidad
Autonomía de desplazamiento Entre 11 y 20 kilómetros
Velocidad del Equipo Entre: 20 y 30 km/h
Precio Hasta: 800 USD
Tabla 3.1. Especificaciones del Equipo
34
CAPÍTULO IV
4 FACTIBILIDAD
4.1 ESTUDIO DE ALTERNATIVAS MECÁNICAS
4.1.1 PRIMERA ALTERNATIVA
La primera alternativa está constituida por dos cilindros neumáticos de doble efecto,
estos cilindros se encuentran a los lados de la bicicleta, es decir, un cilindro está
ubicado al lado derecho mientras el otro al lado izquierdo.
También consta de dos acumuladores, ubicado de la misma forma que los cilindros
neumáticos.
Los pedales son modificados para ensamblarlos con los vástagos de los cilindros, los
mismos que transmitirán el movimiento a la catalina frontal, la cual transformará el
movimiento lineal del vástago en un movimiento rotacional que impulsará la bicicleta.
Los elementos pueden ser construidos en un taller que cuente con máquinas y
herramientas básicas, con excepción de las válvulas, la tubería flexible, los cilindros
neumáticos, los acumuladores y la bicicleta, estos serán adquiridos en el mercado
local.
35
4.1.1.1 Ventajas
• Esta alternativa utiliza el sistema de catalinas originales de la bicicleta para
disminuir la fuerza necesaria de movimiento, disminuyendo el diámetro
necesario de los cilindros neumáticos, el consumo de aire disminuye
proporcionalmente al diámetro del actuador.
• Las maquinas y herramientas que se necesitan para construir los elementos
son muy accesibles en nuestro medio y no se necesitan de máquinas de gran
precisión.
• Los materiales a utilizarse en la construcción de los componentes se
encuentran fácilmente en el mercado local y son económicos.
• El movimiento de traslación con el sistema de doble cilindro es más uniforme,
y permite mayor control, seguridad y comodidad en su conducción.
• El costo de manufactura del sistema mecánico es bajo.
4.1.1.2 Desventajas
• Necesita dos cilindros neumáticos lo cual incrementa el costo.
• Utiliza un circuito neumático más complejo, lo que se traduce en más
dispositivos.
36
Gráfico 4.1. Vista Isométrica de la Alternativa1
Gráfico 4.2. Vista lateral de la Alternativa 1
37
Gráfico 4.3. Sistema Mecánico – Neumático de Propu lsión
Gráfico 4.4. Sistema Mecánico – Neumático de Propul sión
38
4.1.2 SEGUNDA ALTERNATIVA
En la segunda alternativa el sistema motriz está conformado de un solo cilindro
neumático, en el cual la cadena de la bicicleta está conectada directamente al
vástago del cilindro neumático, mientras el otro extremo de la cadena se encuentra
enlazado con un resorte.
El resorte inicialmente se encuentra en su estado natural y el actuador se encuentra
extendido, al introducir aire comprimido, el émbolo es empujado hacia el otro extremo
del cilindro, lo cual produce que el vástago ingrese y hale la cadena, elongando el
muelle, al finalizar la acción del aire comprimido, el resorte hala la cadena obligando
que el actuador retorne a su posición inicial.
Esto produce el movimiento rotacional en la catalina posterior, la misma que
impulsará a la bicicleta, de igual manera esta alternativa también cuenta con dos
acumuladores a los costados de la bicicleta.
4.1.2.1 Ventajas
• El circuito neumático es simple, por lo tanto el costo disminuye.
4.1.2.2 Desventajas
• El cilindro neumático debe ser de gran diámetro, dado que esta alternativa
elimina el sistema de catalinas.
• El movimiento de traslación no es uniforme, ya que el movimiento se produce
por acciones intermitentes por parte del actuador.
• La alternativa consta de un muelle especial, que no oponga demasiada
resistencia al cilindro neumático pero que almacene en su elongación la
energía necesaria para extender de nuevo el actuador, este resorte no es
muy fácil conseguir en el mercado local.
• La fuerza desarrollada por el cilindro neumático puede causar arranques
violentos, en consecuencia producir accidentes.
39
Gráfico 4.5. Vista Isométrica de la Alternativa 2
Gráfico 4.6. Vista Frontal de la Alternativa 2
40
Gráfico 4.7. Sistema de Propulsión Mecánico – Neumá tico (Resorte
estirado)
Gráfico 4.8. Sistema de Propulsión Mecánico – Neumá tico (Resorte en
estado natural)
41
4.1.3 TERCERA ALTERNATIVA
En esta alternativa se cuenta con un cilindro rotativo, instalado en la parte trasera de
la bicicleta, cuyo embolo giratorio lleva montado un engranaje conductor en contacto
con un engranaje conducido construido para ser montado en el eje de la llanta
trasera y así producir el movimiento rotacional necesario en la llanta.
La catalina, la cadena y los pedales son sustituidos por completo por el engranaje,
que será el encargado de transmitir el torque a la rueda posterior para iniciar con el
movimiento de traslación. De igual manera que las anteriores alternativas cuenta
con dos tanques de almacenamiento de aire comprimido.
4.1.3.1 Ventajas
• Circuito neumático simple por lo cual los costos a nivel neumático disminuyen.
4.1.3.2 Desventajas
• El cilindro rotativo al superar los 120º en su ángulo de giro disminuye
considerablemente su eficiencia, además el engranaje debería ser muy
grande para disminuir el torque necesario y superar la inercia.
• La construcción de engranajes es muy costosa, además necesita de un
tratamiento térmico para elevar su vida útil.
• La catalina de la bicicleta no realiza trabajo cuando gira al lado contrario, por
lo que en el retorno del cilindro rotacional, se desperdicia aire comprimido.
42
Gráfico 4.9. Vista Isométrica de la Alternativa 3
Gráfico 4.10. Vista Frontal de la Alternativa 3
43
Gráfico 4.11. Sistema de Propulsión Mecánico – Neum ático
4.2 SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA MECÁNICA
Para una adecuada selección de la alternativa se consideran los siguientes
parámetros:
Seguridad.- Este parámetro está basado en la uniformidad del desplazamiento que
el sistema mecánico – neumático proporciona a la bicicleta, por esta razón la primera
alternativa es la más segura, pues al tener dos cilindros neumáticos el movimiento es
más uniforme, mientras que las dos siguientes alternativas presentan un movimiento
más brusco e irregular.
Costo.- Como es de conocimiento general para que un proyecto llame la atención de
la gente, este debe ser económico.
En este caso la segunda alternativa resulta ser la de menor costo en comparación
con las otras dos y la tercera alternativa resulta ser la más costosa debido a que el
cilindro neumático utilizado es especial y además necesita de un proceso de
fabricación de engranajes.
44
Funcionalidad .- En este caso se refiere a la eficiencia de la bicicleta propulsada por
aire comprimido. La primera alternativa resulta ser la más eficiente, ya que cuenta
con dos cilindros de pequeño diámetro lo cual reduce el consumo de aire. Como ya
se mencionó la tercera alternativa es de menor eficiencia, ya que desperdicia aire
para que el cilindro rotativo regrese a su posición inicial.
Peso .- El peso está directamente relacionado con la funcionalidad, ya que se debe
considerar que al aumentar el peso se requiere mayor fuerza por parte de los
cilindros neumáticos para realizar el mismo trabajo, por lo tanto la primera alternativa
es la más adecuada, pues los cilindros son relativamente pequeños gracias al
sistema de cambios que proporcionan las catalinas.
Las otras alternativas no poseen el sistema de cambios por lo que utilizan un solo
cilindro neumático de gran diámetro, por lo que su peso total se incrementa.
Facilidad de construcción .- La segunda alternativa resulta la más simple de
construir, pues solo se debe comprar los componentes y montarlos en la bicicleta.
La tercera opción requiere de la construcción de engranajes, realización de
tratamientos térmicos, por lo que se necesitan máquinas de precisión, además se
deben tomar en cuenta tolerancias para su montaje, convirtiéndola en la opción más
complicada.
A continuación se presenta la tabla de ponderación en orden de importancia:
4.2.1 CODIFICACIÓN
A. Primera Alternativa.
B. Segunda Alternativa.
C. Tercera Alternativa.
4.2.2 FACTORES DE SELECCIÓN
I. Seguridad.
II. Costo.
III. Funcionalidad
IV. Peso.
V. Facilidad de construcción.
45
Los factores para la selección de la alternativa están enumerados en orden de
importancia en forma descendente.
Para la ponderación se utilizará una escala del 1 – 100, es decir, la mejor alternativa
en un determinado factor tendrá una puntuación de 100 puntos.
Factores
Alternativas
A B C
Seguridad 100 70 70
Costo 70 100 50
Funcionalidad 100 80 50
Peso 100 90 50
Facilidad de Construcción 80 100 40
Sumatoria de Ponderación 450 440 260
Tabla 4.1. Selección de la alternativa
Conclusión:
Por los valores obtenidos la alternativa seleccionada es la primera.
4.2.2.1 Ponderación de los Factores de Selección
Factores Ponderación
Seguridad 35
Costo 25
Funcionalidad 20
Peso 10
Facilidad de Construcción 10
Sumatoria de Ponderación 100
Tabla 4.2. Factores y Ponderaciones
46
4.2.2.2 Matriz de Selección de la Alternativa Mecánica
Factor I II III IV V Ponderación
Alternativas
A 100 70 100 100 80 35% I
B 70 100 80 90 100 25% II
C 70 50 50 50 40 20% III
∑ 240 220 230 240 220 10% IV
10% V
Tabla 4.3. Ponderación
Factor I II III IV V Ponderación
Alternativas
A 0,417 0,32 0,43 0,42 0,364 0,35 I
B 0,292 0,45 0,35 0,38 0,455 0,25 II
C 0,292 0,23 0,22 0,21 0,182 0,20 III
∑ 1 1 1 1 1 0,10 IV
0,10 V
Tabla 4.4. Matriz de selección
Solución:
A 0,39
B 0,37
C 0,24
Tabla 4.5. Solución de la matriz
Conclusión:
Con la matriz se confirma que la primera alternativa es la más adecuada.
47
4.3 ESTUDIO DE LAS ALTERNATIVAS NEUMÁTICAS
Una vez seleccionada la alternativa mecánica, se analizarán las alternativas
neumáticas que mediante un circuito permitirán el movimiento sincronizado de los
actuadores.
A continuación se presentan las alternativas neumáticas:
4.3.1 PRIMERA ALTERNATIVA
La alternativa cuenta con dos cilindros neumáticos, se utilizará una válvula cinco –
dos de accionamiento neumático, la cual distribuirá el aire a los dos actuadores.
La válvula cinco – dos será accionada por aire comprimido proveniente de la salida
de cada una de las dos válvulas tres-dos de accionamiento mecánico por rodillo.
El circuito también cuenta con una válvula reguladora de flujo unidireccional para
controlar el caudal del aire comprimido que llegará a los cilindros neumáticos y así
prevenir la arranque violenta de la bicicleta.
Una válvula tres – dos accionada manualmente sirve como interruptor para iniciar el
funcionamiento del circuito neumático, así como para detenerlo, esta se encarga de
permitir el paso del aire desde los tanques de aire comprimido hacia el circuito.
Debido a que los tanques de almacenamiento tienen una presión interna de
aproximadamente 2000 psi (138 bares), se utilizarán válvulas reguladoras de presión
para cada uno de los acumuladores, y así obtener la presión de trabajo.
Esta alternativa es completamente automática, lo único que el conductor puede
controlar es el flujo de aire y el paso del mismo al circuito.
4.3.1.1 Desventaja
• Debido al número de dispositivos y accesorios neumáticos, el costo es
elevado.
• Para detener la bicicleta se deberá primero cortar el flujo de aire y luego
aplastar los frenos.
48
Gráfico 4.12. Circuito Neumático Alternativa 1
Gráfico 4.13. Alimentación de Aire Comprimido Alter nativa 1
49
Gráfico 4.14. Funcionamiento del Circuito Neumático
50
4.3.2 SEGUNDA ALTERNATIVA
Esta alternativa utilizará una válvula cinco – dos de accionamiento manual y de
retorno con resorte, para distribuir el aire comprimido a los cilindros neumáticos.
La válvula cinco – dos es alimentada directamente desde la válvula controladora de
flujo unidireccional, la cual está conectada con una válvula tres – dos de
accionamiento manual, esta última actúa como interruptor de inicio y apagado del
circuito neumático.
El circuito también cuenta con una válvula reguladora de flujo unidireccional para
controlar el caudal del aire comprimido que llegará a los cilindros neumáticos y así
prevenir el arranque violento de la bicicleta.
Debido a que los tanques de almacenamiento tienen una presión interna de
aproximadamente 2000 psi (138 bares), se utilizarán válvulas reguladoras de presión
para cada uno de los acumuladores, y así obtener la presión de trabajo.
4.3.2.1 Ventajas
• Debido a la disminución del número de dispositivos neumáticos, disminuye
también el número de accesorios neumáticos, por esta razón el costo se
reduce.
• Esta alternativa manual no requiere cortar por completo el flujo de aire al
circuito, tan solo basta con dejar de accionar la palanca de la válvula cinco –
dos para detener el flujo de aire que alimenta a los actuadores neumáticos.
4.3.2.2 Desventajas
• El funcionamiento no es automático.
51
Gráfico 4.15. Circuito Neumático
Gráfico 4.16. Alimentación de Aire Comprimido
52
Gráfico 4.17. Calibración de la Válvula Reguladora de Flujo
53
Gráfico 4.18. Funcionamiento del Circuito Neumátic o
54
4.4 SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA NEUMÁTICA
Para una adecuada selección de la alternativa se considerarán los siguientes
parámetros:
Seguridad.- El grado de seguridad está determinado por la rapidez con la que se
puede cortar el paso de aire a los cilindros neumáticos antes de frenar, por esta
razón la segunda alternativa es la más segura, pues la válvula cinco – dos es
operada manualmente por el conductor, por lo que tiene mayor control del flujo de
aire que llega a los actuadores neumáticos.
Costo.- Este parámetro depende de la cantidad de dispositivos y accesorios
neumáticos. La segunda alternativa resulta ser la más económica, debido a que el
circuito neumático es más sencillo que el de la primera alternativa.
Funcionalidad .- Al ser la primera alternativa automática sería la más funcional, pues
no requiere de la acción del conductor, en cambio en la segunda alternativa este
debe accionar el paso de aire a los cilindros neumáticos continuamente.
Facilidad de montaje .- Al tener un menor número de dispositivos neumáticos existe
una mayor facilidad para ubicar dichos elementos en la bicicleta, por esta razón la
segunda alternativa resulta ser más sencilla para el montaje.
A continuación se presenta la tabla de ponderación en orden de importancia:
4.4.1 CODIFICACIÓN
A. Primera Alternativa.
B. Segunda Alternativa.
4.4.2 FACTORES DE SELECCIÓN
I. Seguridad.
II. Costo.
III. Funcionalidad
IV. Facilidad de montaje.
Los factores para la selección de la alternativa neumática están enumerados en
orden de importancia en forma descendente.
55
Para la ponderación se utilizará una escala de 1 – 100, es decir, la mejor alternativa
en un determinado factor tendrá una puntuación de 100 puntos.
Factores
Alternativas
A B
Seguridad 50 100
Costo 70 100
Funcionalidad 100 50
Facilidad de Montaje 60 100
Sumatoria de Ponderación 280 350
Tabla 4.6. Selección de la alternativa Neumática
Conclusión
Debido a que la segunda alternativa obtuvo un mayor puntaje, es la alternativa
neumática seleccionada.
4.4.2.1 Ponderación de los Factores de Selección
Factores Ponderación
Seguridad 35
Costo 30
Funcionalidad 20
Facilidad de Construcción 15
Sumatoria de Ponderación 100
Tabla 4.7. Factores y Ponderaciones
56
4.4.2.2 Matriz de Selección de la Alternativa Neumática
Factor I II III IV Ponderación
Alternativa
A 50 70 100 60 35% I
B 100 100 50 100 30% II
∑ 150 170 150 160 20% III
15% IV
Tabla 4.8. Ponderación
Factor I II III IV Ponderación
Alternativa
A 0,33 0,41 0,67 0,38 0,35 I
B 0,67 0,59 0,33 0,63 0,3 II
∑ 1 1 1 1 0,2 III
0,15 IV
Tabla 4.9. Matriz de Selección
Solución:
A 0,43
B 0,57
Tabla 4.10. Solución de la Matriz
Conclusión:
Con la matriz se confirma que la segunda alternativa es la más conveniente.
57
4.5 DISEÑO DE LA ALTERNATIVA MECÁNICA
4.5.1 NOMENCLATURA
P = Peso del acumulador.
W = Peso de la válvula reguladora de presión.
H = La mitad del peso de una persona promedio.
RD = Reacción de la abrazadera trasera sobre el acumulador.
RT = Reacción de la abrazadera delantera sobre el acumulador.
L = Longitud total del tanque.
a = Longitud desde RT hasta RD.
b = Longitud desde P hasta RD.
c = Longitud desde RD hasta W.
u = distancia entre RT y H.
x = Longitud de RD hasta O.
y = Distancia de O a RHx.
z = Longitud del soporte horizontal.
� � Esfuerzo de corte.
Ac = Área de tornillo.
F.S. = Factor de seguridad.
Syc = Resistencia de fluencia crítica del perno.
Syt = Resistencia de fluencia del perno.
Sy = resistencia de fluencia del material.
� � Esfuerzo a la tracción.
�� � Esfuerzo de empuje.
d = Diámetro del perno.
AN = Área neta del perfil.
Aperf = Área del perfil
Aaguj = Área del agujero.
AE = Área de empuje.
58
n = número de pernos.
t = espesor del perfil.
4.5.2 TANQUE – ABRAZADERAS
4.5.2.1 Diagrama de cuerpo libre Tanque – Abrazadera
Gráfico 4.19. D.C.L tanque – abrazadera
Datos:
W = 2.2 lbs.
P = 11 lbs.
H = 90 lbs.
a = 11,62 in.
b = 5.81 in.
c = 7,58 in.
u = 3,84 in.
�� � 0
� � � � � � � 0
� � � 2,2 11 90
� � � 103,2 ���
� � 103,2 � ��22,81�
� � 126,01 ���. � ! � 0
�� " � � " # � " $ � " % � 0
� � � " � " $ � � " %#
W H
R D
R T
P
c b
a
u
59
� � 11 " 5,81 2,2 " 7,58 � 90 " 3,84 ���� � )*�11,62 �)*�
� � �22,81 ���. La Fuerza RD se encuentra al sentido contrario.
Gráfico 4.20. D.C.L tanque – abrazadera (Corregido)
4.5.2.2 Abrazadera Delantera
4.5.2.2.1 Diagrama de cuerpo libre de la Abrazadera Delantera
Gráfico 4.21. D.C.L. abrazadera delantera
a) Calculo del Perno
� � �+, - .�/012
.�/012 � 345�. 3. 345 � 0.6 " 34
W HR D
R T
P
RT
RT
60
El perno es un SAE grado 8, con un Sy = 180 kpsi. 1
345 � 0.6 " 180
345 � 108 67�) Se utilizará un factor de seguridad de 2.0.
.�/012 � 1082.0
.�/012 � 54 67) �.�/012 - +,
+5 8 126,01 ���54000 ��� )*9: � 0,00233 )*9
+5 � ; " <94
< � =4 " 0.00233;
< � 0.0545 )* 3> ?@A# �# A><)<# >�?#*<#B Aá� $>B$#*# 14 )*
b) Cálculo de la abrazadera delantera
� � �+D - .�/012
.�/012 � 34�. 3. El material a ser utilizado es un acero de bajo porcentaje de carbono, con una
resistencia a la fluencia de 36 kpsi.
Para este cálculo se utilizará un factor de seguridad de 2.0.
1 Nota: El valor de la resistencia de fluencia para el cálculo de los pernos, se lo obtuvo del Manual de Diseño
Mecánico de Shigley, (Pag16).
61
.�/012 � 34�. 3.
.�/012 � 362 � 18 67�) �.�/012 - +D
+D 8 126,01 ���18000 ��� )*9: � 0,007)*9
+D � +EFG � +1HIJ
+EFKG � +D +1HIJ
+1HIJ � * " <1HIJFKL " ?
<1HIJFKL � 14 18 � 38 )*
Se asume un espesor de perfil de 3/16 in. Y se utilizará un solo perno para asegurar
la abrazadera.
+1HIJ � 1 " 38 " 316 � 9128 )*9
+EFKG � 0.007 9128
+EFKG � 0.077 )*9
El perfil seleccionado es un platina de M N: " O MP: QR.
+EFKG � 0.094 )*9 (Área del perfil) 2
c) Comprobación del perfil seleccionado (efecto de empuje)
�� � �+� - .��/ .��/ � 34�. 3. � 362.0 � 18 67�) +�S 8 �.��/ +� 8 126,01 ���18000 ��� )*9: � 0.007 )*9
2 Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-102
62
+� � * " <1HIJ " ?
+�9 � 1 " 316 " 316 � 0.035 )*9
Como AE2 > AE1 el perfil seleccionado es la platina de 1 4: " 3 16: )*.
4.5.2.3 Abrazadera Trasera
4.5.2.3.1 Diagrama de cuerpo libre de la Abrazadera
Gráfico 4.22. D.C.L abrazadera trasera
Datos
x = 4,74 in.
y = 2,68 in.
Σ�4 � 0
T4 � � � 0
T4 � 22,81 ���
Σ�UVU � 0
� " W � TX " � � 0
TX � 40,34 ���
x
yRD
RHx
RHy
O
63
A. Tramo R H – O
Gráfico 4.23. D.C.L. Tramo R H – O
Σ�Y � 0
T4 � ZU � 0
ZU � 22,81 ���. �D � 0
TX � [U � 0
[U � 40,34 ���
Σ�U � 0
TX " � � �L � 0
�U � 108,12 �� � )*
La abrazadera será sujetada en el perno de la llanta posterior.
<\FK]L � 38 )*
a) Cálculo de la abrazadera Trasera (Tramo R H – O)
� � T4+D - .�/012
.�/012 � 34�. 3. El material a ser utilizado es un acero de bajo porcentaje de carbono, con una
resistencia a la fluencia de 36 kpsi.
VO
RHx
RHy
O
NO MO
64
Para este cálculo se utilizará un factor de seguridad de 2.0.
.�/012 � 362 � 18 67�) +D 8 22,81���18000 ��� )*9: � 0.001267 )*9
+D � +EFG � +1HIJ
+EFKG � +D +1HIJ
+1HIJ � * " <1HIJFKL " ?
<1HIJFKL � 38 18 � 12
Se asume un espesor de perfil de 3/16 in. Y se utilizará un solo perno para asegurar
la abrazadera.
+1HIJ � 1 " 12 " 316 � 332 )*9
+EFKG � 0.001267 332
+EFKG � 0.095 )*9
El perfil se trata de una platina de 3 4: " 3 16: )*.
+EFKG � 0,141 )*9 3 b) Comprobación del perfil seleccionado (efecto de empuje)
�� � T4+� - .��/ .��/ � 34�. 3. � 362.0 � 18 67�) +�S 8 22,81 ���18000 ��� )*9: � 0.00127 )*9
+�9 � * " <1HIJ " ?
+�9 � 1 " 12 " 316 � 332 )*9
+�9 � 0.0937 )*
3 Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-102
65
Como AE2 > AE1 la selección de la platina es la adecuada
B. Tramo O – R D
Gráfico 4.24. D.C.L. tramo O – R D Σ� � 0
� � ZU � 0
ZU � 22,81 ���
Σ�UVU � 0
� " W � �L � 0
�U � 108,12 ��� � )*. a) Calculo del Perno
� � �2K155_ó]+, - .�/012 345 � 0.6 " 34
El perno es un SAE grado 8, con un Sy = 180 kpsi.
345 � 0.6 " 180
345 � 108 67�) Se utilizará un factor de seguridad de 2.0.
.�/012 � 1082.0
.�/012 � 54 67) Se asumirá que RD es la fuerza de tracción, aunque en realidad se conoce que esta
es mucho menor.
O
VO
RD
MO
NO
66
+5 8 22,81 ���54000 ��� )*9: � 0,000422 )*9
< � ab"cde
< � 0.023 )*
Se utilizará perno de 1 4: )*, denominación SAE grado 8.
b) Cálculo de la abrazadera (Tramo O – R D)
� � �2K155_ó]+D - .�/012
.�/012 � 34�. 3. El material a ser utilizado es un acero de bajo porcentaje de carbono, con una
resistencia a la fluencia de 36 kpsi.
Para este cálculo se utilizará un factor de seguridad de 2.0.
.�/012 � 362 � 18 67�) +D 8 22,81 ���18000 ��� )*9: � 0,000422 )*9
+D � +EFG � +1HIJ
+EFKG � +D +1HIJ
+1HIJ � * " <1HIJFKL " ?
<1HIJFKL � 14 18 � 38 )*
Se asume un espesor de perfil de 3/16 in. Y se utilizará un solo perno para asegurar
la abrazadera.
+1HIJ � 1 " 38 " 316 � 9128 )*9
+EFKG � 0,000422 9128
+EFKG � 0,0707 )*9
La platina es de 1 2: " 3 16: )*.
67
+EFKG � 0,094 )*9 4
c) Comprobación del perfil seleccionado (efecto de empuje)
�� � �+� - .��/ +� 8 22,81 ���18000 ��� )*9: � 0,000422 )*9
+� � * " <1HIJ " ?
+� � 1 " 38 " 316 � 9128 � 0.0703 )*9
Como AE2 > AE1 la selección de la platina es la adecuada
Conclusión
Debido a que el tramo RH – O tiene un agujero mayor, el perfil seleccionado es la
platina de 3 4: " 3 16: )*.
4.5.3 SOPORTE VERTICAL DE LA ABRAZADERA DELANTERA
4.5.3.1 Diagrama de cuerpo de Libre
Gráfico 4.25. D.C.L. Soporte vertical
Datos
< � 8,07 )*
4 Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-102
RT
Ms
NsVs
d
68
Σ�Y � 0
Zf � � � 0
Zf � 126,01 ���
Σ�fVf � 0
�f � 0 ���. El diámetro del perno es el mismo que para la abrazadera delantera.
<\FK]L � 14 )*
a) Cálculo del Soporte Vertical
� � �+D - .�/012 El material a ser utilizado es un acero de bajo porcentaje de carbono, con una
resistencia a la fluencia de 36 kpsi.
Para este cálculo se utilizará un factor de seguridad de 2.0.
.�/012 � 362 � 18 67�) +D 8 126,01 ���18000 ��� )*9: � 0,007 )*9
+EFKG � +D +1HIJ
+1HIJ � * " <1HIJFKL " ?
<1HIJFKL � 14 18 � 38 )*
Se asume un espesor de perfil de 3/16 in. Y se utilizará un solo perno para asegurar
la abrazadera.
+1HIJ � 1 " 38 " 316 � 9128 )*9
+EFKG � 0.007 9128
+EFKG � 0,0773 )*9
El perfil seleccionado es la platina de 1/2 * 3/16 in.
69
+EFKG � 0.094 )*9 5
Comprobación del perfil seleccionado (efecto de emp uje)
�� � �+� - .��/ .σh/ � SjF. S. � 362.0 � 18 kpsi +�S 8 126,01 ���18000 ��� )*9: � 0.007 )*9
+�9 � * " <1HIJ " ?
+�9 � 1 " 38 " 316 � 9128
+�9 � 0,0703 )*9
Como AE2 > AE1 el perfil seleccionado es la platina de 1 2: " 3 16: )*.
4.5.4 SOPORTE HORIZONTAL DE LOS ACUMULADORES
Gráfico 4.26. D.C.L. Soporte horizontal
Σ�Y � 0
Zf Zp � � 0
Zf � Zp (Por simetría)
� 2Zf
� 2 " 126,01
� 252,02 ���
5 Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-102
V S
N S
V L
N L
R R
o
70
El diámetro del perno que sujetará al soporte horizontal está limitado por el agujero
ya existente en la estructura de la bicicleta.
<\FK]L � 316 )*
a) Calculo del Perno
� � +, - .�/012 345 � 0.6 " 34
El perno es un SAE grado 4, con un Sy = 100 kpsi.
345 � 0.6 " 100
345 � 60 67�) Se utilizará un factor de seguridad de 2.0.
.�/012 � 602.0
.�/012 � 30 67) Se asumirá que RR es la fuerza de tracción, aunque en realidad se conoce que esta
es mucho menor.
+5 8 252,02 ���30000 ��� )*9: � 0,0084 )*9
< � ab"cde
< � 0,103 )*
El perno de qSr )* es suficiente para sostener al soporte horizontal, pero para mayor
fijación se utilizarán dos Jotas de ¼ in de diámetro y 15 mm de longitud.
b) Cálculo del Soporte Horizontal
� � +D - .�/012
.�/012 � 34�. 3.
71
El material a ser utilizado es un acero de bajo porcentaje de carbono, con una
resistencia a la fluencia de 36 kpsi.
Para este cálculo se utilizará un factor de seguridad de 2.0.
.�/012 � 362 � 18 67�) +D 8 252,02 ���18000 ��� )*9: � 0,014 )*9
+EFKG � +D +1HIJ
+1HIJ � * " <1HIJFKL " ?
<1HIJFKL � 38 18 � 12 )*
Se asume un espesor de perfil cuadrado de 1/2 in. Y se utilizará un solo perno para
asegurar la abrazadera.
+1HIJ � 14 " 12 � 18
+EFKG � 0,014 18
+EFKG � 0,139 )*9
El perfil cuadrado sólido adecuado es de 3 8: )* , con un área de 0,1406 in2. 6
Para la construcción se utilizará un perfil cuadrado sólido de 1 2: )*, este cuenta con
un área de 0,25 in2.
4.5.5 CÁLCULO DEL BRAZO DE SUJECIÓN DEL PISTÓN
4.5.5.1 Nomenclatura
FP = Fuerza del pistón
RU = Reacción de la tuerca sobre el brazo.
MU = Momento.
WP = Peso del Pistón.
Re = Reacción del remache sobre el brazo.
m = Distancia entre O y FP. 6 Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-101
72
j = Distancia entre O y WP.
f = Distancia entre O y e.
g = Distancia entre O y U.
4.5.5.2 Diagrama de Cuerpo Libre
Gráfico 4.27. D.C.L. Brazo de Sujeción
El diagrama de cuerpo libre del brazo soporte está dibujado en vista latera.
Datos:
FP = 100 lbs.
WP = 5 lbs.
m = 1,73 in.
f = 13,7 in.
g = 15,35 in.
Solución
s�X � 0
�\ � tX � 0
Rvw � 100 lbs. Σ�U � 0
�\ " A � I4 " z � 0
I4 � �\ " Az
R U x
R U y
F P
o
E j e x
E j e y
g
m
73
I4 � 100 ��� " 1,73 )*15,35 )*
I4 � 11,283 ���
Gráfico 4.28. D.C.L. Brazo de Sujeción
El diagrama de cuerpo libre del brazo soporte está dibujado en vista Superior.
Σ�{ � 0
�\ � t{ F{ � 0
F{ � \ t{
F{ � 5 41,515
F{ � 46,515 ���.
Σ�U � 0
F{ " | � t{ " z � 0
}W� Rv�� " f � Rv� " g � 0
t{ � � �\ " |�| � z�
t{ � � 5 ��� " 13,7)*�13,7 � 15,35�)*
t{ � 41,515 ���.
o R U x
R U z
U
R e z
W P
E j e x
E j e z f
g
74
A. Tramo U – O
Gráfico 4.29. D.C.L. Tramo U – O
Σ�{ � 0
U{ F{ � t{ � 0
U{ � � F{ t{
U{ � �46,515 41,515
U{ � �5 ���
Gráfico 4.30. D.C.L. Tramo U – O (corregido)
Σ�X � 0
IX � UX � 0
IX � UX
UX � 100 ���
Σ�U � 0
�U F{ " | � t{ " z � 0
�U � �46,515 ��� " 13,7)* 41.515 ��� " 15,35 )*
�U � 0 ��� � )*.
Rox
Roz
M0
RUx
RUz
U
Rez
o
RUx
RUz
o
Rox
Roz
M0
URex
Rez
e
75
a) Cálculo del Brazo de Sujeción
� � tX+D - .�/012
.�/012 � 34�. 3. El material a ser utilizado es un acero de bajo porcentaje de carbono, con una
resistencia a la fluencia de 36 kpsi.
Para este cálculo se utilizará un factor de seguridad de 2.0.
.�/012 � 362 � 18 67�) tX.�/012 - +D
+D 8 100 ���18000 ��� )*9: 8 0.0056 )*9
+D � +EFG � +1HIJ
+EFKG � +D +1HIJ
+1HIJ � * " <1HIJFKL " ?
Se asume un espesor de perfil de 3/16 in.
<\FK]L � 38 )*
<1HIJFKL � 38 18 � 12
+1HIJ � 12 " 316 � 332
+EFKG � 0.0056 332
+EFKG � 0,099 )*9
El perfil es una platina 3 4: " 3 16:
+EFKG � 0.141 )*9 (Área del perfil seleccionado) 7
7 Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-102
76
b) Comprobación del perfil seleccionado (efecto de empuje)
�� � tX+�S - .��/ .��/ � 34�. 3. � 362.0 � 18 67�) +�S 8 +�9
+�S 8 100 ���18000 ��� )*9: 8 0.0056 )*9
+�9 � * " <1HIJ " ?
+�9 � 1 " 12 " 316 � 332
+�9 � 0.094 )*9
Como +�S 8 +�9 el perfil seleccionado es el adecuado.
B. Tramo O – F p
Gráfico 4.31. D.C.L. Tramo O – f
Σ�X � 0
R�w � F� � 100 lbs. � � �E+D - .�/012
.�/012 � 34�. 3.
.�/012 � 362 � 18 67�)
FP
oRox
Roz
M0
m
77
�\.�/012 - +D
+D 8 100 ���18000 ��� )*9: 8 0.0056 )*9
Platina 1 4: " 3 16:
+EFKG � 0.047 )*9 (Área del perfil seleccionado)8
Conclusión:
Como el tramo U – O es el más crítico por el agujero, el perfil seleccionado es la
platina 3 4: " 3 16: .
8 Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-102
78
4.6 ANÁLISIS DE FALLA ESTÁTICA (TEORÍA DEL MOMENTO
MÁXIMO)
4.6.1 NOMENCLATURA
��áX � Esfuerzo normal máximo.
Mmáx = Momento flector máximo.
Sxx = Módulo elástico de sección en el eje X – X (in3).
I = Momento de inercia.
C = Distancia del eje neutro a la fibra superior exterior de un perfil.
t = Espesor del perfil.
4.6.2 ABRAZADERA TRASERA
Gráfico 4.32. D.C.L. Abrazadera trasera
� � 22,81lbs.
ZU � 22,81 lbs.
T4 � 22,81 lbs. [U � 40,343 lbs.
TX � 40,343 lbs.
MO = 108,12 lbs – in.
VO
RHx
RHy
NO
MO
RD
VO
NO
MO
NO
79
4.6.2.1 Diagrama Cortante
Gráfico 4.33. Diagrama de corte
4.6.2.2 Diagrama Momento Flector
Gráfico 4.34. Diagrama de Momento flector
��áX � 108,12 ��� � )* .�/012 � 24000 ��� )*9:
4 0 , 3 4 3 l b s
2 2 , 8 1 l b s2 2 , 8 1 l b s
4 0 , 3 4 3 l b s
A 1
A 2
1 0 8 , 1 2 l b s - i n
1 0 8 , 1 2 l b s - i n
(-)
(-)
80
��áX � ��áX3XX - .�/012 Se asumirá un factor de seguridad de 1,5 3XX 8 ��áX.�/012
3XX 8 108,12 ��� � )*24000 ��� )*9: � 0,0045 )*q
3XX � ��
Gráfico 4.35. Corte de perfil para el momento de i nercia
Para una sección rectangular en la base � � �"2�q
� � ?
3XX � < " ?93
Si ? � 3 16: in.
< � 3 " 3XX?9
< � 3 " 169 " 0,004539 � 0,384 )*
+EFKG � ? " <
+EFKG � 316 " 0,284
+EFKG � 0,072 )*9
La platina seleccionada es de O �: " O MP: QR, con un +EFKG � 0,141 )*9. 9
9 Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-102
d
t
81
4.6.3 SOPORTE HORIZONTAL
Gráfico 4.36. D.C.L. Soporte Horizontal junto con l as jotas
Datos :
V� � 126,01 ���. V� � 126,01 ���. Solución:
Σ�4 � 0
V� V� � R�S � R�9 � 0
R�S � R�9 � 126,01 lbs
4.6.3.1 Diagrama Cortante
Gráfico 4.37. Diagrama de Corte
4.6.3.2 B. Diagrama del Momento flector
Gráfico 4.38. Diagrama de Momento flector
o l m n
VS
NS
VL
NL
RJ1 RJ2
1 2 6 , 0 1 l b s
A 2 A 1( - ) ( + )
1 2 6 , 0 1 l b s 1 2 6 , 0 1 l b s
A 2 A 1( - ) ( - )
8 9 0 . 9 l b s - i n
82
��áX � 890,9 ��� � )*
3XX 8 ��áX.�/012 8 890,9 ��� � )*24000 ��� )*9: � 0,0371 )*q
Para una sección cuadrada en la base � � ��q
3XX � ?q3
? � <
? � �3 " 3XX�
? � �3 " 0,0379� � 0,484 )*
+EFKG � <9
+EFKG � �0,484�9
+EFKG � 0,234 )*9
El perfil cuadrado seleccionado es de M N: QR. Con un área de 0,2500 in2. 10
4.6.4 BRAZO DE SUJECIÓN DEL PISTÓN
4.6.4.1 Brazo de Sujeción (eje x-y)
Gráfico 4.39. Brazo de Sujeción del Pistón
�\ � 100 ���. LX � 100 ���.
10 Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-101
FP
oRox
Roy
Eje x
Eje y
RUx
RUy
Uo
Rox
Roy
M0
83
tX � 100 ���
L4 � 11,283 ���
t4 � 11,283 ���
4.6.4.1.1 Diagrama Cortante
Gráfico 4.40. Diagrama de Corte
4.6.4.1.2 Diagrama del Momento Flector
Gráfico 4.41. Diagrama de Momento flector
��áX � 173,19 ��� � )*
3XX 8 ��áX.�/012
3XX 8 173,19 ��� � )*24000 ��� )*9: � 0,007216 )*q
1 1 , 2 8 3 l b s
1 0 0 l b s
1 0 0 l b s
A 1 ( + )
A 2 ( - )
1 1 , 2 8 3 l b s
1 7 3 , 1 9 l b s - i n
1 7 3 , 1 9 l b s - i n
( + )
( - )
84
Si ? � 3 16: in.
Para una sección rectangular � � �"2�q
< � 3 " 3XX?9
< � 3 " 169 " 0,00721639 � 0,615 )*
+EFKG � ? " <
+EFKG � 316 " 0,615
+EFKG � 0,115 )*9
La platina es de 3 4: " 3 16: )*, con un área de 0,141 in2. 11
4.6.4.2 Brazo de Sujeción del Pistón (eje x-z)
Gráfico 4.42. Brazo de Sujeción del Pistón (eje x-z )
LX � 100 ���. tX � 100 ���
L{ � 5 ���
11 Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-102
Rox
Roz
M0
Eje x
Eje z
RUx
RUz
U
Rez
WP
Rozo
85
E � 5 ���. F{ � 46,515 ���
t{ � 41,515 ���
d = 16,25 in.
4.6.4.2.1 Diagrama Cortante
Gráfico 4.43. Diagrama de Corte
4.6.4.2.2 Diagrama del Momento Flector
Gráfico 4.44. Diagrama de Momento flector
��áX � 68,5 ��� � )*
A1(+)
A 2 ( - )
A 3
( + )
5 l b s
5 l b s
5 l b s
5 l b s
4 1 , 5 1 5 l b s
8 , 6 5 l b s - i n
6 8 , 5 l b s - i n
6 8 , 5 l b s - i n
( - )
( + )
86
3XX 8 68,5 ��� � )*24000 ��� )*9: � 0,002854 )*q
Para sección rectangular con eje de momento en la base � � ��"2q
� � <
? � 3 " 3XX<9
? � 3 " 0,002854�16,25�9
+EFKG � ? " <
+EFKG � qSr " 0,4871
+EFKG � 0,091 )*9
La platina resultante es 1 2: " 3 16: )*, con un área de 0,094 in2. 12
Conclusión
El perfil que se va a utilizar para la construcción es la platina de O �: " O MP: QR.
12 Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-101
87
4.6.5 CÁLCULO DE LAS PLACAS PARA LAS CHARNELAS
4.6.5.1 Placa de la Charnela Macho
4.6.5.1.1 Diagrama de cuerpo libre
Gráfico 4.45. D.C.L. de la Placa Base de la Charnel a macho
Se asume que cada agujero tracciona con una fuerza de 25 lbs. Debido a que cada
anillo soporta una fuerza de 50 lbs, estos anillos se encuentran en el medio de dos
perforaciones.
<cHIJ � 516 )*
.�/012 � 362 � 18 67�) �c.�/012 - +D
+D 8 25 ���18000 ��� )*9: 8 0.00139 )*9
+EFKG � +D +1HIJ
+1HIJ � * " <1HIJFKL " ?
A B
C D
F A F B
F C F D
88
Se asume un espesor de perfil de 3/16 in.
+1HIJ � 4 " 516 " 316 � 0,234 )*9
+EFKG � 0,234 0,00139
+EFKG � 0,236 )*9
El perfil es una platina 1 1 2: " 3 16:
+EFKG � 0,281 )*9 (Área del perfil seleccionado) 13
Como las medidas de las placas es de 2 in de ancho, la platina debe ser de 2 "3 16: )*, con un área de perfil de 0,375 in2.
a) Comprobación del perfil seleccionado (efecto de empuje)
�� � c+�S - .��/ +�S 8 +�9
+�S 8 25 ���18000 ��� )*9: 8 0.000139 )*9
+�9 � * " <1HIJ " ?
+�9 � 4 " 516 " 316
+�9 � 0.234 )*9
Como +�S 8 +�9 el perfil seleccionado es el adecuado.
Para la charnela hembra se va a utilizar la platina de 2 " 3 16: )*, con un área de
perfil de 0,375 in2.
Nota: Las charnelas tanto hembra como macho pueden ser adquiridas en el
mercado, pero al no ser elementos tan complejos, se van a construir para disminuir
costos.
13 Nota: Ver en el Manual de la AISC (1997), pag 1-101
89
4.6.6 CÁLCULO DEL PASADOR DE LAS CHARNELAS
Gráfico 4.46. D.C.L Pasador
F�Q��óR � 100 ���
E1¡�LK � 2,165 )*
c � ¢ � 50 ���
4.6.6.1 Diagrama Cortante
Gráfico 4.47. Diagrama de Corte
FPistón
RA RB
5 0 l b s
( + )
A 1
( - )
A 2
5 0 l b s
5 0 l b s 5 0 l b s
90
4.6.6.2 Diagrama de Momento Flector
Gráfico 4.48. Diagrama de Momento flector
Acero de porcentaje de carbono A36.
2lg36000
pulbSy=
��áX � 54,13 ��� � )*
<E1¡1�LK � =£32 �. 3.Π " 34 ¥ ���9 ¦9��
No existe torsión en el pasador.
T = 0, por los tanto:
<E1¡1�LK � =£32 �. 3.Π " 34 ¥ " ��
Se asume un factor de seguridad de 2
<E1¡1�LK � =§ 32 " 2Π " 36000¨ " 54,13�
©�ª�ª©«¬ � , OMO QR
5 4 . 1 3 l b s - i n
(+)
91
4.7 ANÁLISIS DE FATIGA
4.7.1 NOMENCLATURA
Se = Resistencia a la fatiga del elemento.
3F® � Resistencia a la fatiga de la probeta.
61 � Factor de acabado Superficial.
6¯ � Factor de tamaño.
65 � Factor de confiabilidad.
6� � Factor de temperatura.
6F � Factor de concentración de esfuerzos.
6G � Factores varios.
°G � Factor de reducción de resistencia en el caso de fatiga.
<F± � Diámetro equivalente.
t = Espesor de perfil.
b = Ancho de perfil.
4.7.2 ABRAZADERA DELANTERA
3F � 61 " 6¯ " 65 " 6� " 6F " 6G " 3F® Todos los elementos mecánicos excepto los pasadores serán construidos con acero
de bajo porcentaje de carbono (acero A36).
34 � 36000 �� )*9:
3I2 � 58000 �� )*9: Cuando 3I2 - 200 67�) 3F® � 0,5 " 3I2 3F® � 0,5 " 58000
3F® � 29000 ��� )*9:
Como los perfiles fueron laminados en caliente 61 � 0,7 14
14 Nota: Ver en el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 308, figura 7,10.
92
Gráfico 4.49. Corte del perfil
<F± � =0,05 " ? " �0,076
<F± � =0,05 " 0,5 " 0,18750,076 � 0,248 )*
Como <F± - 0,3 )* entonces 6¯ � 1
Se supone que 65 � 1 y 6� � 1
6F � 1°G
°G � 1 ²�°2 � 1�
Gráfico 4.50. Oreja de la abrazadera delantera <1HIJ� � 0,3750,5 � 0,75
93
Mediante el gráfico °2 ³� <1HIJFKL �: se obtiene el valor de °2.15
°2 � 2,08
² � 0,78 16 °G � 1 0,78�2,08 � 1�
°G � 1,8424
6F � 11,8424
6F � 0,54
6G � 1
S´ � 0,7 " 1 " 1 " 1 " 0,54 " 1 " 29
S´ � 10,962 kpsi ��áX � 126,01 ���
��_] � 6,26 ���
��áX � ��áX+B>#
��_] � ��_]+B>#
�1 � ��1X � ��_]2
�1 � 126,01 � 6.262 " + � 59,87+
�� � ��1X ��_]2
�� � 126,01 6.262 " + � 66,14+
15 Nota: Ver en el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-1. 16 Nota: ver el manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 322, figura 7,18.
94
Gráfico 4.51. Esfuerzos Fluctuantes
Gráfico 4.52. Diagrama de Goodman
+ � �� � <� " ?
+ � �0,5 � 0,375� " 0,1875
+ � 0,0234 )*
�1 � 2,54 67�) �� � 2,82 67�) B � �1�� � 313�
B � 59,8666,14 � 0,91
313F 3�3I2 � 1 �>$%#$)ó* <> µ@@<A#*�
31 � B " 3� �¶$ 1�
σa
σminσm
t i e m p o
Es
fu
er
zo
σ a
σ m
Se
Su t
95
Sustituimos la ecuación 1 en la ecuación de Goodman
B " 3�3F 3�3I2 � 1
3� � 3F " 3I2B " 3I2 3F
3� � 10,962 " 580,91 " 58 10,962
3� � 9,97 67�) 31 � 9,07 67�) �. 3� � 3���
�. 31 � 31�1
�. 31 � 9.072,54
�. 31 � 3,57
�. 3� � 3,54
4.7.3 ABRAZADERA TRASERA
4.7.3.1 Fatiga tramo a Flexión
Gráfico 4.53. Gráfico de la Abrazadera Trasera
96
3F � 61 " 6¯ " 65 " 6� " 6F " 6G " 3F® 3I2 � 58000 �� )*9: Cuando 3I2 - 200 67�) 3F® � 0,5 " 3I2 3F® � 29000 ��� )*9:
Como los perfiles fueron laminados en caliente 61 � 0,7 17
Gráfico 4.54. Corte del perfil
<F± � =0,05 " ? " �0,076
<F± � =0,05 " 0,75 " 0,18750,076 � 0,304 )*
Como 0,3 )* · <F± · 10 )* entonces:
6¯ � 0,869<F±V¸,¸¹º
6¯ � 0,869�0,304�V¸,¸¹º
6¯ � 0,975
Se supone que 65 � 1 y 6� � 1
17 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 308, figura 7,10.
97
6F � 1°G
°G � 1 ²�°2 � 1�
Gráfico 4.55. Oreja de la abrazadera trasera <1HIJ� � 0,3750,75 � 0,5
Mediante el gráfico °2 ³� <1HIJFKL �: se obtiene el valor de °2.18
°2 � 1,5
² � 0,78 19 °G � 1 0,78�1,5 � 1�
°G � 1,39
6F � 11,39
6F � 0,719
6G � 1
S´ � 0,7 " 0,975 " 1 " 1 " 0,719 " 1 " 29
S´ � 14,24 kpsi ��áX � 24,63 ��� � )*
��_] � 7,5 ��� � )* 18
Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-2. 19 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 322, figura 7,18.
98
��áX � ��áX " ��
� � 112 " �� � <� " ?q
� � 112 " �0,75 � 0,375� " �0.1875�q
� � 1,902 " 10Vb )*b
� � ?2
� � 0,09375 )*
��áX � 24.63 " 0,093751,902 " 10Vb
��áX � 12,14 67�) ��_] � ��_] " ��
��_] � 7,05 " 0,093751,902 " 10Vb
��_] � 3,474 67�) �1 � ��1X � ��_]2
�1 � 12,14 � 3,4742
�1 � 4,333 67�) �� � ��1X ��_]2
�� � 12,14 3,4742
�� � 7,807 7�)
99
Gráfico 4.56. Esfuerzos Fluctuantes
Gráfico 4.57. Diagrama de Goodman
B � �1�� � 313�
B � 4,333 7,807 � 0,55
3� � 3F " 3I2B " 3I2 3F
3� � 14,24 " 580,55 " 58 14,24
3� � 17,9 67�) 31 � 9,845 67�) �. 31 � 2,29
�. 3� � 2,27
4.7.3.2 Fatiga tramo a Tracción
61 � 0,7
6¯ � 1
Se supone que 65 � 1 y 6� � 1
σa
σminσm
t i e m p oE
sf
ue
rz
o
σ a
σ mSe
Su t
100
6F � 1°G
°G � 1 ²�°2 � 1�
<1HIJ� � 0,3750,75 � 0,5
Mediante el gráfico °2 ³� <1HIJFKL �: se obtiene el valor de °2.20
°2 � 2,19
² � 0,78 21 °G � 1 0,78�2,19 � 1�
°G � 1,9282
6F � 11,9282
6F � 0,5186
6G � 1
S´ � 0,7 " 1 " 1 " 1 " 0,5186 " 1 " 29
S´ � 10,527 kpsi ��áX � 22,81 ���
��_] � 6,94 ���
+ � �� � <� " ?
+ � �0,75 � 0,375� " 0,1875
+ � 0,0703 )*9
��áX � ��áX+B>#
��áX � 325,85 7�) ��_] � ��_]+B>#
20 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-1. 21 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 322, figura 7,18.
101
��_] � 99,14 7�) �1 � ��1X � ��_]2
�1 � 325,85 � 99,142 � 113,3 7�) �� � ��1X ��_]2
�� � 325,85 99,142 � 212,4 7�)
Gráfico 4.58. Esfuerzos Fluctuantes
Gráfico 4.59. Diagrama de Goodman
B � �1�� � 313�
B � 113.3212,4 � 0,533
313F 3�3I2 � 1 �>$%#$)ó* <> µ@@<A#*�
31 � B " 3� �¶$ 1�
Sustituimos la ecuación 1 en la ecuación de Goodman B " 3�3F 3�3I2 � 1
σa
σminσm
t i e m p o
Es
fu
er
zo
σ a
σ mSe
Su t
102
3� � 3F " 3I2B " 3I2 3F
3� � 10,527 " 580,533 " 58 10,527
3� � 14,733 67�) 31 � 7,852 67�) �. 3.1 � 69
�. 3.� � 68
Conclusión
El factor de seguridad del conjunto 2,3.
4.7.4 SOPORTE VERTICAL
3F � 61 " 6¯ " 65 " 6� " 6F " 6G " 3F® 3F® � 29000 ��� )*9:
Como los perfiles fueron laminados en caliente 61 � 0,7 22
Gráfico 4.60. Corte del perfil
<F± � =0,05 " ? " �0,076
<F± � =0,05 " 0,5 " 0,18750,076 � 0,248 )*
Como <F± - 0,3 )* entonces 6¯ � 1
22 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 308, figura 7,10.
103
Se supone que 65 � 1 y 6� � 1
6F � 1°G
°G � 1 ²�°2 � 1�
Gráfico 4.61. Oreja de la Abrazadera delantera <1HIJ� � 0,3750,5 � 0,75
Mediante el gráfico °2 ³� <1HIJFKL �: se obtiene el valor de °2.23
°2 � 2,08
² � 0,78 24
°G � 1 0,78�2,08 � 1�
°G � 1,8424
6F � 11,8424
6F � 0,54
6G � 1
S´ � 0,7 " 1 " 1 " 1 " 0,54 " 1 " 29
S´ � 10,962 kpsi ��áX � 126,01 ���
23 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-1. 24 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 322, figura 7,18.
104
��_] � 6,26 ���
+ � �� � <� " ?
+ � �0,5 � 0,375� " 0,1875
+ � 0,023 )*9
��áX � ��áX+B>#
��áX � 5,47 67�) ��_] � ��_]+B>#
��_] � 0,272 67�) �1 � ��1X � ��_]2
�1 � 5,47 � 0.2722 � 2,603 67�) �� � ��1X ��_]2
�� � 5,47 � 0.2722 � 2,875 67�)
Gráfico 4.62. Esfuerzos Fluctuantes
Gráfico 4.63. Diagrama de Goodman
σa
σminσm
t i e m p o
Es
fu
er
zo
σ a
σ mSe
Su t
105
B � �1�� � 313�
B � 2,6032,875 � 0,905
3� � 3F " 3I2B " 3I2 3F
3� � 10,962 " 580,905 " 58 10,962
3� � 10,02 67�) 31 � 9,06 67�) �. 3.1 � 3,48
�. 3.� � 3,48
4.7.5 SOPORTE HORIZONTAL
Gráfico 4.64. D.C.L. del Soporte Horizontal
3F � 61 " 6¯ " 65 " 6� " 6F " 6G " 3F® 3I2 � 58000 �� )*9: º 3F® � 29000 ��� )*9:
Como los perfiles fueron laminados en caliente 61 � 0,7 25
25 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 308, figura 7,10.
FF
106
Gráfico 4.65. Corte del perfil
<F± � =0,05 " ? " �0,076
<F± � =0,05 " 0,5 " 0,50,076 � 0,406 )*
Como 0,3 )* · <F± · 10 )* entonces:
6¯ � 0,869<F±V¸,¸¹º
6¯ � 0,869�0,406�V¸,¸¹º
6¯ � 0,949
Se supone que 65 � 1 y 6� � 1
6F � 1°G
°G � 1 ²�°2 � 1�
Gráfico 4.66. Agujero del Soporte horizontal
107
<1HIJ� � 0,250,5 � 0,5
<1HIJ» � 0,250.5 � 0,5
Mediante el gráfico °2 ³� <1HIJFKL �: se obtiene el valor de °2. 26
°2 � 1,8
² � 0,78 27
°G � 1 0,78�1,8 � 1�
°G � 1,624
6F � 11,624
6F � 0,616
6G � 1
S´ � 0,7 " 0,949 " 1 " 1 " 0,616 " 1 " 29
S´ � 11,867 kpsi ��áX � 212,01 ��� � )*
��_] � 44,25 ��� � )*
��áX � ��áX " ��
� � 112 " �� � <� " ?q
� � 112 " �0,5 � 0,25� " �0,5�q
� � 2,604 " 10Vq
� � ?2
� � 0,25 )*
��áX � 212,01 " 0,252,604 " 10Vq
26 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-2. 27 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 322, figura 7,18.
108
��áX � 20,362 67�) ��_] � ��_] " ��
��_] � 44,25 " 0,252,604 " 10Vq
��_] � 4,248 67�) �1 � ��1X � ��_]2
�1 � 20,362 � 4,2482
�1 � 8,057 67�) �� � ��1X ��_]2
�� � 20,362 4,2482
�� � 12,305 67�)
Gráfico 4.67. Esfuerzos Fluctuantes
Gráfico 4.68. Diagrama de Goodman
B � �1�� � 313�
σa
σminσm
t i e m p o
Es
fu
er
zo
σ a
σ mS e
Su t
109
B � 8,05712,305 � 0,654
3� � 3F " 3I2B " 3I2 3F
3� � 11,867 " 580,654 " 58 11,867
3� � 13,821 67�) 31 � 9,04 67�) �. 3.1 � 1,12
�. 3.� � 1,12
4.7.6 BRAZO DE SUJECIÓN DEL PISTÓN
Gráfico 4.69. Gráfico del brazo de sujeción del Pis tón
3F � 61 " 6¯ " 65 " 6� " 6F " 6G " 3F® 3F® � 29000 ��� )*9:
Como los perfiles fueron laminados en caliente 61 � 0,7 28
Gráfico 4.70. Corte del perfil
28 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 308, figura 7,10.
F
110
<F± � =0,05 " ? " �0,076
<F± � =0,05 " 0,75 " 0,18750,076 � 0,304 )*
Como 0,3 )* · <F± · 10 )* entonces:
6¯ � 0,869<F±V¸,¸¹º
6¯ � 0,869�0,304�V¸,¸¹º
6¯ � 0,975
Se supone que 65 � 1 y 6� � 1
6F � 1°G
°G � 1 ²�°2 � 1�
Gráfico 4.71. Agujero del brazo de soporte del Pist ón <1HIJ� � 0,3750,75 � 0,5
Mediante el gráfico °2 ³� <1HIJFKL �: se obtiene el valor de °2. 29
°2 � 2,18
² � 0,78 30
29 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-1.
111
°G � 1 0,78�2,18 � 1�
°G � 1,92
6F � 11,92
6F � 0,52
6G � 1
S´ � 0,7 " 0,975 " 1 " 1 " 0,52 " 1 " 29
S´ � 10,30 kpsi ��áX � 100 ��� Cuando el cilindro trabaje a la presión máxima de 80psi.
��_] � 0 ��� Cuando el cilindro neumático no trabaje.
+ � �� � <� " ?
+ � 0,07 )*9
��áX � ��áX+B>#
��áX � 1.428 67�) ��_] � ��_]+B>#
��_] � 0
�1 � ��1X � ��_]2
�1 � 714 7�) �� � ��1X ��_]2
�� � 714 7�)
30 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 322, figura 7,18.
112
Gráfico 4.72. Esfuerzos Alternantes con Inversión C ompleta
Gráfico 4.73. Diagrama de Goodman
B � �1�� � 313�
B � 714714 � 1
3� � 3F " 3I2B " 3I2 3F
3� � 10,30 " 581 " 58 10,30
3� � 8,746 67�) 31 � 8,746 67�) �. 3 � 12,24
σa
σm
t i e m p oE
sf
ue
rz
o
σ a
σ mSe
S u t
113
4.7.7 PLACAS BASE DE LAS CHARNELAS
Gráfico 4.74. D.C.L. de la placa base de Charnela
3F � 61 " 6¯ " 65 " 6� " 6F " 6G " 3F® 3F® � 29000 ��� )*9:
Como los perfiles fueron laminados en caliente 61 � 0,7 31
Gráfico 4.75. Corte del perfil
El análisis se realizará dividiendo a la placa en cuatros cuadrantes, de los cuales se
analizará uno, pues los otros tres son similares.
<F± � =0,05 " ? " �0,076
31 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 308, figura 7,10.
F
F F
F
114
<F± � =0,05 " 1 " 0,18750,076 � 0,351 )*
Como 0,3 )* · <F± · 10 )* entonces:
6¯ � 0,869<F±V¸,¸¹º
6¯ � 0,869�0,351�V¸,¸¹º
6¯ � 0,962
Se supone que 65 � 1 y 6� � 1
6F � 1°G
°G � 1 ²�°2 � 1�
Gráfico 4.76. División de la placa base de Charnela <1HIJ� � 0,31251 � 0,3125
Mediante el gráfico °2 ³� <1HIJFKL �: se obtiene el valor de °2. 32
°2 � 2,35
² � 0,78 33
°G � 1 0,78�2,35 � 1�
°G � 2,053
32 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-1.
33 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 322, figura 7,18.
115
6F � 12,053
6F � 0,487
6G � 1
S´ � 0,7 " 0,962 " 1 " 1 " 0,487 " 1 " 29
S´ � 9,51 kpsi ��áX � 25 ���
��_] � 0 ���
+ � �� � <� " ?
+ � 0,1289 )*9
��áX � ��áX+B>#
��áX � 123,93 7�) ��_] � ��_]+B>#
��_] � 0
�1 � ��1X � ��_]2
�1 � 96,97 7�) �� � ��1X ��_]2
�� � 96,97
Gráfico 4.77. Esfuerzos alternantes
σa
σm
t i e m p o
Es
fu
er
zo
116
Gráfico 4.78. Diagrama de Goodman
B � �1�� � 313�
B � 96,9796,97 � 1
3� � 3F " 3I2B " 3I2 3F
3� � 9,51 " 581 " 58 9,51
3� � 8,17 67�) 31 � 8,17 67�) �. 3 � 84,25
4.7.8 CÁLCULO DE LOS PASADORES DE LAS CHARNELAS
Gráfico 4.79. D.C.L Pasador
3F � 61 " 6¯ " 65 " 6� " 6F " 6G " 3F® 3F® � 19,2 0,314 " 3I5 Para carga axial cuando 3I5 8 60 67�) 3I5 � 0,6 " 3I2 3I5 � 34,8 67�) Como no es mayor a 60kpis, tenemos que:
3F® � 29000 ��� )*9:
σ a
σ mSe
Su t
117
61 � 0,85 34
<E1¡1�LK � 0,269 )*
Como <F± - 0,3 )* entonces:
6¯ � 1
Se supone que 65 � 1 y 6� � 1
6F � 1°G
°G � 1 ²�°2 � 1�
Gráfico 4.80. Sección del pasador BK1]IK1<_]2FK]L � 0,03940,349 � 0,1
¼FX2FK_LK<_]2FK]L � 0,4720,349 � 1,35
Mediante el gráfico °2 ³� <1HIJFKL �: se obtiene el valor de °2. 35.
°2 � 1,8
² � 0,5 36
°G � 1 0,5�1,8 � 1�
°G � 1,4
34 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 308, figura 7,10. 35 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 884, figura A-26-15 36 Nota: Ver el Manual de Diseño Mecánico de Shigley, pag 322, figura 7,18.
118
6F � 11,4
6F � 0,714
6G � 1
S´ � 0,85 " 1 " 1 " 1 " 0,714 " 1 " 29
S´ � 17,6 kpsi ��áX � 54,13 ���
��_] � 0 ���
� � ; " <_]2FK]Lb64
� � 1,1 " 10Vq
� � <_]2FK]L2
� � 0,197
��áX � ��áX " ��
��áX � 9,694 67�) ��_] � 0
�1 � ��1X � ��_]2
�1 � 4,847 67�) �� � ��1X ��_]2
�� � 4,847 67�)
Gráfico 4.81. Esfuerzos Alternantes con Inversión C ompleta
σa
σm
E s f u e r z o a l t e r n a n t e
t i e m p o
Es
fu
er
zo
119
Gráfico 4.82. Diagrama de Goodman
B � �1�� � 313�
B � 1
3� � 3F " 3I2B " 3I2 3F
3� � 17,6 " 581 " 58 17,6
3� � 13,502 67�) 31 � 13,502 67�) �. 3 � 2,78
Tabla 4.11. Selección de Perfiles
σ a
σ mSe
Su t
Estático DinámicoAbrazadera Delantera Platina 1/2 *3/16 in 2 3,54Abrazadera Trasera Platina 3/4 *3/16 in 1,5 2,3Soporte Vertical Platina 1/2 *3/16 in 2 3,48Soporte Horizontal Cuadrado Sólido de 1/2 in 1,5 1,12Brazo de Sujeción Platina 3/4 *3/16 in 1,5 12,24Bases de las Charnelas Platina de 2 *3/16 2 84,25Pasador de la Charnela Eje Ø 0,472 2 2,78
1,5 1,12
Factor de SeguridadPerfil SeleccionadoElemento
FACTOR DE SEGURIDAD DEL SISTEMA
120
4.8 MODELO MATEMÁTICO
El siguiente modelo matemático se utilizará para la el cálculo de la potencia de la
bicicleta neumática.
Para la construcción del modelo matemático se iniciará desde el principio de
conservación de masa hasta llegar a la ecuación de la potencia.
Principios fundamentales:
• Principios de Newton.
• Ecuación de la continuidad.
• Primer y segundo principio de la termodinámica.
• Condiciones de Contorno.
• Ecuación de Estado.
• Viscosidad de Newton.
• Principio de conservación de masa: ���2 � 0 (Ecuación 2)
Masa constante
• Principio de Newton
Σ� � ��2 �A³� (Ecuación 3)
Masa constante.
³ � Velocidad de rotación del centro de gravedad del sistema.
• Proceso Irreversible.- Este proceso toma en cuenta la viscosidad, el
rozamiento, la histéresis y la expansión libre, ya que el modelo matemático
trata de un proceso real.
• Irreversibilidad. - Se refiere a trabajo perdido y no a una pérdida real de
energía.
• Flujo Turbulento. - El flujo turbulento es un flujo inestable y el más común en
ingeniería.
• Flujo Adiabático. - En esta clase de flujo no existen pérdidas de energía, es
decir, no entra ni sale calor pues se desprecia el rozamiento, por lo que puede
ser considerado también como un flujo Isoentrópico.
121
Análisis de Flujo:
• Flujo permanente (Velocidad en las direcciones x, y, z son constantes)
½Y½2 � 0 (Ecuación 4)
½¾½2 � 0 (Ecuación 5)
½\½2 � 0 (Ecuación 6)
½�½2 � 0 (Ecuación 7)
• Flujo Uniforme (Vector velocidad idéntico)
½Y½f � 0 (Ecuación 8)
Ejemplo: Cuando se bombea un líquido dentro de una tubería recta de
sección uniforme.
• Línea de corriente.- Es una línea continua trazada en el fluido, que en cada
punto es tangente al vector velocidad.
Gráfico 4.83. Líneas de Corriente en Flujo permanen te
• Caudal.- Cuando las líneas de corriente se encuentran más próximas estas
tienen mayor velocidad.
³. � ³>�@$)<#< A><)# >*?B> <@� �í*>#� <> $@BB)>*?>. ». � <)�?#*$)# <> �>7#B#$)ó* >*?B> �í*>#� <> $@BB)>*?>
Δ² � ³» (No toma en cuenta la dimensión de profundidad)
• Tubo de Corriente.- esta formado por las líneas de corriente, no hay paso de
fluido a través de sus paredes porque el vector velocidad no tiene componente
normal al tubo.
122
ECUACION DE LA CONTINUIDAD
Esta es la expresión analítica del Principio General de la conservación de la masa.
V.C..- Volumen de control
ÁA¡1 . ��#�# ²%> #�#*<@�*# >� ³@�%A>* <> $@*?B@� ÁA¡1 Á? � �#%<#� >* A#�# �#�)>*?> <>� @�%A>* <> $@*?B@� ÁAF]. ��#�# ²%> >*?B# #� ³@�%A>* <> $@*?B@� En un instante determinado t, la masa en el volumen de control es constante
½�ÃĽ2 � ½½2 Å Æ <^, Z � Å ½¾½2^, <Z (Ecuación 9)
½�ÇÈɽ2 � Å Æ ³]< +¡1 � ŠƳ$@�ÊcÇÈÉ <+¡1 (Ecuación 10)
³. �³>�@$)#<#< *@BA#� # �# �%7>B|)$)> <> $@*?B@� �7@�)?)³# »#$)# >� >W?>B)@B <>� >�>A>*?@ <> #B>#�
Ë�ÃÄË2 � � ŠƳ$@�Ê <F] +F] (Ecuación 11)
Caudal neto entrante (en masa)
½�ÃĽ2 � ½�ÇÈɽ2 � � Å Æ ³$@�Ê <c + � � Å Æ ³ <+ (Ecuación 12)
• Conjunto de tubos de corriente
Z � Sc Å ³ <+ � Ì � +³c (Ecuación 13)
Æ9³9Á+9 � ÆS³SÁ+S � 0 (Ecuación 14) ���2 � ÆSÌS � Æ9Ì9 ���%Í@ 7>BA#*>*?> > )*$@A7B>�)��>� (Ecuación 15)
Ì � +SZS � +9Z9 (Ecuación 16)
Si Æ es constante entonces:
Å ³ " <+ � 0^5 (caudal saliente neto en volumen) (Ecuación 17)
• Ecuación de Euler (Viscosidad cero, fluido sin rozamiento, sin consideraciones
de cortadura)
Fuerza de Gravedad � Æ " z " Á+Á3 (Ecuación 18)
123
Presión � � " Á+ (dirección+S) (aguas arriba) (Ecuación 19)
Fuerza mecánica en dirección S � Æ " z " Á+Á3 " cos Î (Ecuación 20)
Segundo principio de Newton Σ� � ÁA " # (Ecuación 21)
�Á+ � Ï� н\½fÑ Ò3Ó Á+ � Æ " zÁ+Á3 " cos Î � ÆÁ+Á3 " # (Ecuación 22)
# � Aceleración a lo largo de la línea de corriente
Masa de Partícula � ÆÁ+Á3 (Ecuación 23)
ÁÔ�Δ #�?%B#� Õ Á3 Õ cos Î � Ë{Ëf � ½{½f (Ecuación 24)
Dividiendo ecuación 23 para la 22 tenemos: S¾ " ½\½f z " cos Î # � 0 (Ecuación 25)
# � �Y�2 (v depende de (S,t)) entonces:
# � �Y�2 � ½Y½f " �f�2 ½Y½2 (Ecuación 26)
Sustituyendo la ecuación 26 en 25: S¾ " ½\½f z " cos Î ³ " ½Y½2 ½Y½2 � 0 (Ecuación 27)
½Y½2 � 0 (Fluido permanente)
S¾ " ½\½f z " cos Î ³ " ½Y½2 � 0 (Ecuación 28)
�\¾ z<Ô ³<³ � 0 (Fluido a lo largo de la línea de corriente, sin
rozamiento, flujo permanente) (Ecuación 29)
Incluyendo el segundo principio de la termodinámica en la ecuación 29 tenemos:
Ì � � �\¾ z<Ô ³<³ ÖEéK�_�1¡ (Ecuación 30)
El calor es despreciable, entonces se puede considerar como un sistema adiabático
donde:
Ì � 0
Por lo que la ecuación 30 quedaría expresada de la siguiente manera:
� � �\¾ z<Ô ³<³ ÖEéK�_�1¡ (Ecuación 31)
124
� � Å �\¾S ØzÔ|S ØYÚ9 Û¸
S ÖEéK�_�1¡ (Ecuación 32)
La constante de integración es:
$ � \ܾÜÝ (Ecuación 33)
Despejando la densidad de la ecuación 33:
Ƹ � �LS/ß " $ (Ecuación 34)
Sustituyendo la ecuación 34 en la 32
� � Å �\\àá/Ý"5 S ØzÔ|S ØYÚ9 Û¸
S ÖEéK�_�1¡ (Ecuación 35)
� � S5 Å �\\àá/Ý S ØzÔ|S ØYÚ9 Û¸
S ÖEéK�_�1¡ (Ecuación 36)
� � ØS5 " â\ãÏáÝÓäáVáÝåS æç¸
S ØzÔ|S ØYÚ9 Û¸
S ÖEéK�_�1¡ (Ecuación 37)
� � ØS5 " â\áãÏáÝÓSVáÝ æç¸
S ØzÔ|S ØYÚ9 Û¸
S ÖEéK�_�1¡ (Ecuación 38)
� � ,"ßßVS " Ð�S�ßVS�/ß � ��ßVS�/ßÑ zÔS � zÔ¸ YáÚ9 � YÜÚ
9 ÖEéK�_�1¡ (Ecuación 39)
� ,Ü"ßßVS " �ÝãáÝ zÔ¸ YÜÚ9 � ,á"ßßVS " �S
ÝãáÝ zÔS YáÚ9 ÖEéK�_�1¡ (Ecuación 40)
De la ecuación 6 despejamos la velocidad
ZS � Ì+
Ì � 2,8 |?q A)*:
<2I¯FKí1 � 0,0131 |?
+ � ; �Úb (Ecuación 41)
+ � 0,000135 |?9
ZS � 27354 |? A)*:
ZS � 91,17 )* �:
125
�E � ��I¯FKí1 �155F¡LK_L¡ (Ecuación 42)
�� � 30 6�#
�155 � 6,68 A
� � 80 ��) Presión en los acumuladores
� � 550 6�#
�S � 71,4 6�#
6 � 1,4
Ƹ � 0,00023 �� )*q:
ÆS � 0.849 èkg mq: é
Sustituyendo los datos en la ecuación 33 tenemos:
�¸ � �Æ¸ß � 80 Ï�� )*9: Ó�0,00023�S,b Ï�� )*q: ÓS,b
�¸ � 9923640,35 �S � �¸ " Ï\á\ÜÓ (Ecuación 43)
�S � 1288268,95
Sustituimos los valores en la ecuación 40
� ¹¹9qrb¸,qê"S,bS,bVS " 80�S,bVS�/S,b � S9ëë9rë,¹ê"S,bS,bVS " 10,4�S.bVS�/S.b ¹S,SºÚ9 b,qê¸,¸¸¸9q 8460,07
� 108511476 )*9 �9:
� 70007.26 A9 �9:
�L2 � ÆS " 5_Â_]�KL " Ì (Ecuación 44)
�L2 � 0.849 èkg mq: é " 70007.26�m9 s9: � "0,08 èmq min: é
60}s min: �
�L2 � 79, 24 Es la potencia del cilindro neumático.
126
4.9 CÁLCULO DE LA ALTERNATIVA NEUMÁTICA
4.9.1 CÁLCULO DE LOS CILINDROS NEUMÁTICOS
4.9.1.1 Simbología
AEC.- Área Efectiva del Cilindro
F.- Fuerza del embolo
RC.- Relación de compresión
CA.- Consumo de Aire
C.- Carrera
P.- Presión
4.9.1.1.1 Formulario Neumático
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�%>BÔ# <>� >A�@�@ � �B>�)ó* <> ¦B#�#Í@ <>� +$?%#<@B+B># >|>$?)³# <>� �)�)*<B@
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¦)>A7@ <> |%*$)@*#A)>*?@ >* A)*%?@� � �#7#$)<#< ì?)� <>� ?#*²%>�@*�%A@ 7@B A)*%?@
127
4.9.1.1.2 Ejemplo de Cálculo
Se realizará el cálculo con un cilindro neumático de 32mm (de diámetro).
+¶� � ;�¼ )*?>B*@�9 4
+¶� � ;�1,259 )*�9 4
+¶� � 1,2429 )*9
� � �B>�)ó* <> ¦B#�#Í@ <>� +$?%#<@B " +¶�
� � 80 ��� )*9: " 1,2429 )*9
� � 99,43 ���
� � �B>�)ó* <> ?B#�#Í@ �B>�)ó* +?A@�|éB)$#�B>�)ó* +?A@�|éB)$#
� � 80 7�) 10,4 7�)10,4 7�)
� � 8,69
Para el cálculo de la relación de compresión se utilizó la presión atmosférica de Quito
que fue tomada de las cartas psicrométricas, de la Escuela Politécnica Nacional,
Facultad de Ingeniería Mecánica.
�+ � +¶� W � W �
�+ � 1,2429 )*9 " 15,748 )* " 8,69
�+ � 170,14 )*q
128
Tabla 4.12. Para Obtención de Fuerza del Cilindro N eumático con Presión de
100 Psi
NOTA: La zona gris indica la zona en la que la fuerza del cilindro es útil para el
diseño
Tabla 4.13. Para Obtención de Fuerza del Cilindro N eumático con Presión de 80
Psi
NOTA: La zona gris indica la zona en la que la fuerza del cilindro es útil para el
diseño
Diametro (mm) Area (mm2) D (in) Area (in2) Fuerza (lbf) Presion (psi) Carrera (mm) Carrera (in)
8 50,27 0,315 0,078 7,791 100 400 15,74810 78,54 0,394 0,122 12,174 100 400 15,74812 113,10 0,472 0,175 17,530 100 400 15,74814 153,94 0,551 0,239 23,860 100 400 15,74816 201,06 0,630 0,312 31,165 100 400 15,74818 254,47 0,709 0,394 39,443 100 400 15,74820 314,16 0,787 0,487 48,695 100 400 15,74822 380,13 0,866 0,589 58,921 100 400 15,74824 452,39 0,945 0,701 70,121 100 400 15,74826 530,93 1,024 0,823 82,294 100 400 15,74828 615,75 1,102 0,954 95,442 100 400 15,74830 706,86 1,181 1,096 109,564 100 400 15,74832 804,25 1,260 1,247 124,659 100 400 15,74834 907,92 1,339 1,407 140,728 100 400 15,74836 1017,88 1,417 1,578 157,771 100 400 15,74838 1134,12 1,496 1,758 175,789 100 400 15,74840 1256,64 1,575 1,948 194,780 100 400 15,74842 1385,45 1,654 2,147 214,744 100 400 15,74844 1520,53 1,732 2,357 235,683 100 400 15,748
Diametro (mm) Area (mm2) D (in) Area (in2) Fuerza (lbf) Presion (psi) Carrera (mm) Carrera (in)
8 50,266 0,315 0,078 6,233 80 400 15,74810 78,540 0,394 0,122 9,739 80 400 15,748
12 113,098 0,472 0,175 14,024 80 400 15,748
14 153,938 0,551 0,239 19,088 80 400 15,74816 201,062 0,630 0,312 24,932 80 400 15,748
18 254,470 0,709 0,394 31,554 80 400 15,748
20 314,160 0,787 0,487 38,956 80 400 15,74822 380,134 0,866 0,589 47,137 80 400 15,748
24 452,390 0,945 0,701 56,097 80 400 15,748
26 530,930 1,024 0,823 65,836 80 400 15,74828 615,754 1,102 0,954 76,354 80 400 15,748
30 706,860 1,181 1,096 87,651 80 400 15,748
32 804,250 1,260 1,247 99,727 80 400 15,74834 907,922 1,339 1,407 112,583 80 400 15,748
36 1017,878 1,417 1,578 126,217 80 400 15,748
38 1134,118 1,496 1,758 140,631 80 400 15,74840 1256,640 1,575 1,948 155,824 80 400 15,748
42 1385,446 1,654 2,147 171,796 80 400 15,748
44 1520,534 1,732 2,357 188,547 80 400 15,74846 1661,906 1,811 2,576 206,077 80 400 15,748
129
Tabla 4.14. Para Obtención de Fuerza del Cilindro N eumático con Presión de 60
Psi
NOTA: La zona gris indica la zona en la que la fuerza del cilindro es útil para el
diseño
Tabla 4.15. Para Obtención de Fuerza del Cilindro N eumático con Presión de 40
Psi
NOTA: La zona gris indica la zona en la que la fuerza del cilindro es útil para el
diseño.
Diametro (mm) Area (mm2) D (in) Area (in2) Fuerza (lbf) Presion (psi) Carrera (mm) Carrera (in)
10 78,540 0,394 0,122 7,304 60 400 15,74814 153,938 0,551 0,239 14,316 60 400 15,74818 254,470 0,709 0,394 23,666 60 400 15,74822 380,134 0,866 0,589 35,352 60 400 15,74826 530,930 1,024 0,823 49,377 60 400 15,74830 706,860 1,181 1,096 65,738 60 400 15,74834 907,922 1,339 1,407 84,437 60 400 15,74838 1134,118 1,496 1,758 105,473 60 400 15,74840 1256,640 1,575 1,948 116,868 60 400 15,74842 1385,446 1,654 2,147 128,847 60 400 15,748
44 1520,534 1,732 2,357 141,410 60 400 15,74846 1661,906 1,811 2,576 154,558 60 400 15,74850 1963,500 1,969 3,043 182,606 60 400 15,74854 2290,226 2,126 3,550 212,991 60 400 15,74858 2642,086 2,283 4,095 245,714 60 400 15,748
Diametro (mm) Area (mm2) D (in) Area (in2) Fuerza (lbf) Presion (psi) Carrera (mm) Carrera (in)
10 78,540 0,394 0,122 4,869 40 400 15,74814 153,938 0,551 0,239 9,544 40 400 15,748
18 254,470 0,709 0,394 15,777 40 400 15,748
22 380,134 0,866 0,589 23,568 40 400 15,74826 530,930 1,024 0,823 32,918 40 400 15,748
30 706,860 1,181 1,096 43,825 40 400 15,748
34 907,922 1,339 1,407 56,291 40 400 15,74838 1134,118 1,496 1,758 70,315 40 400 15,748
42 1385,446 1,654 2,147 85,898 40 400 15,74846 1661,906 1,811 2,576 103,038 40 400 15,748
50 1963,500 1,969 3,043 121,737 40 400 15,748
52 2123,722 2,047 3,292 131,671 40 400 15,74854 2290,226 2,126 3,550 141,994 40 400 15,748
58 2642,086 2,283 4,095 163,810 40 400 15,74862 3019,078 2,441 4,680 187,183 40 400 15,74866 3421,202 2,598 5,303 212,115 40 400 15,748
130
Tabla 4.16. Selección del Cilindro Neumático (CONSU MO DE AIRE en pies
cúbicos por pulgada de carrera)
Tabla 4.17. Selección del Cilindro Neumático (Para una presión de trabajo de
100 psi se escoge cilindro de 30 mm de diámetro)
D int (in) D int (mm) Area (ft^2)
40 60 80 100
0,5 12,7 0,0014 0,0006 0,0008 0,0010 0,0012
0,75 19,05 0,0031 0,0012 0,0017 0,0022 0,0027
1 25,4 0,0055 0,0022 0,0031 0,0040 0,0048
1,25 31,75 0,0085 0,0034 0,0048 0,0062 0,0075
1,375 34,925 0,0103 0,0042 0,0058 0,0075 0,0091
1,5 38,1 0,0123 0,0050 0,0069 0,0089 0,0109
1,75 44,45 0,0167 0,0067 0,0094 0,0121 0,0148
2 50,8 0,0218 0,0088 0,0123 0,0158 0,0193
2,125 53,975 0,0246 0,0099 0,0139 0,0178 0,0218
2,25 57,15 0,0276 0,0112 0,0156 0,0200 0,0244
2,5 63,5 0,0341 0,0138 0,0192 0,0247 0,0302
2,75 69,85 0,0412 0,0167 0,0233 0,0299 0,0365
3 76,2 0,0491 0,0198 0,0277 0,0356 0,0434
3,50 88,9 0,0668 0,0270 0,0377 0,0484 0,0591
4 101,6 0,0873 0,0352 0,0492 0,0632 0,0772
4,50 114,3 0,1104 0,0446 0,0623 0,0800 0,0977
5 127 0,1364 0,0551 0,0769 0,0988 0,1206
5,50 139,7 0,1650 0,0666 0,0931 0,1195 0,1460
6 152,4 0,1964 0,0793 0,1108 0,1422 0,1737
PRESION (psi)
Consumo por pulg : 0,007539 ft^3/pulg
Consumo en volumen: 0,12 ft^3
Velocidad del Pistón: 10 pulg/s
Presión atmosferica: 10,4 psi
Presión de trabajo: 100 psi
Consumo por minuto: 4,523 ft^3/min
Capacidad Util tanque: 36,164 ft^3
Volumen de tanque: 0,166 ft^3
Presión del tanque: 2340 psi
Tiempo de Función: 7,92 minutos
131
Tabla 4.18. Selección del Cilindro Neumático (Para una presión de trabajo de 80
psi se escoge cilindro de 32 mm de diámetro)
Tabla 4.19. Selección del Cilindro Neumático (Para una presión de trabajo de 60
psi se escoge cilindro de 38 mm de diámetro)
Consumo por pulg : 0,006173 ft^3/pulg
Consumo en volumen: 0,097 ft^3
Velocidad del Pistón: 10 pulg/s
Presión atmosferica: 10,4 psi
Presión de trabajo: 80 psi
Consumo por minuto: 3,704 ft^3/min
Capacidad Util tanque: 36,164 ft^3
Volumen de tanque: 0,166 ft^3
Presión del tanque: 2340 psi
Tiempo de Función: 9,76 minutos
Consumo por pulg : 0,006923 ft^3/pulg
Consumo en volumen: 0,109 ft^3
Velocidad del Pistón: 10 pulg/s
Presión atmosferica: 10,4 psi
Presión de trabajo: 60 psi
Consumo por minuto: 4,154 ft^3/min
Capacidad Util tanque: 36,164 ft^3
Volumen de tanque: 0,166 ft^3
Presión del tanque: 2340 psi
Tiempo de Función: 8,78 minutos
132
Tabla 4.20. Selección del Cilindro Neumático (Para una presión de trabajo de 40
psi se escoge cilindro de 46 mm de diámetro)
4.9.2 CÁLCULO DEL ACUMULADOR
4.9.2.1 Nomenclatura
VT.- Volumen del Tanque
LT.- Longitud del tanque
CUT.- Capacidad Útil del Tanque
P.- Presión
CPM.- Consumo por minuto.
TFM = Tiempo de funcionamiento en minutos.
4.9.2.1.1 Formulario Neumático
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�@*�%A@ 7@B A)*%?@ � �+ W [º <> �#BB>B#� 7@B �>z%*<@ W 60
Consumo por pulg : 0,006746 ft^3/pulg
Consumo en volumen: 0,106 ft^3
Velocidad del Pistón: 10 pulg/s
Presión atmosferica: 10,4 psi
Presión de trabajo: 40 psi
Consumo por minuto: 4,048 ft^3/min
Capacidad Util tanque: 36,164 ft^3
Volumen de tanque: 0,166 ft^3
Presión del tanque: 2340 psi
Tiempo de Función: 9,09 minutos
133
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4.9.2.1.2 Ejemplo de Cálculo
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Z¦ � ; " �3,94 )*�94 " 23,62 )*
Z¦ � 287,98 )*q
Z¦ � 0,166 �?
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4.9.3 CÁLCULO PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL ACUMULADOR
4.9.3.1 Nomenclatura
S = Tensión máxima Admisible del material.
e = Sumando adicional que tiene en cuenta la corrosión.
P = Presión.
R = Radio del cilindro
t = Espesor del material.
134
FS = Factor de seguridad
4.9.3.1.1 Formulario
3 � íA)?> 3%7>B)@B <> ��%>*$)#�3
?��_]� � " �3 � 0,5 " � >
4.9.3.1.2 Ejemplo de Cálculo
El acumulador será construido con acero A572
34 � 55000 ��) P = 2500 presión de diseño
e = 0,03 in Es un valor recomendado para el cálculo por Barlow
La norma ISO/TC 17 recomienda utilizar para dispositivos presión de acero un valor
de FS = 1,6
3 � 55000 7�)1.6
3 � 34375 7�) ?��_]� � 1,97 " 250034375 � 0,5 " 2500 0,03 )*
?��_]� � 0,18 )*
Tabla 4.21. Capacidad Útil de Tanque Dependiendo de l Diámetro
Tabla 4.22. Espesor del Material para la Construcci ón de Acumulador de Acero de Diámetro de 100 mm
Tabla 4.23. Espesor del Acumulador de Diámetro de 1 50 mm
D (mm) D(in) Area (mm2) Area (in2) L (mm) L(in) V tanque (lt) V tanque (ft3) Pmax P funcional Capacidad Util (ft3)
100 3,94 7854 12,17 600 23,62 4,712 0,166 2340 80 36,16
150 5,91 17671,5 27,39 600 23,62 10,603 0,374 2340 80 81,37
200 7,87 31416 48,69 600 23,62 18,850 0,666 2340 80 144,65
250 9,84 49087,5 76,09 600 23,62 29,453 1,040 2340 80 226,02
300 11,81 70686 109,56 600 23,62 42,412 1,498 2340 80 325,47
Presion (psi) D ext (in) R cilindro (in) Sum corr (in) Espesor min (in) Esp (mm)
500 3,94 1,97 0,03 0,06 1,495
1000 3,94 1,97 0,03 0,09 2,238
1500 3,94 1,97 0,03 0,12 2,992
2000 3,94 1,97 0,03 0,15 3,758
2500 3,94 1,97 0,03 0,18 4,536
55000
55000
55000
55000
55000
Tension Max Admisible (psi)
Presion (psi) D ext (in) R cilindro (in) Sum corr (in) Espesor min (in) Esp (mm)
500 5,91 2,95 0,03 0,07 1,861
1000 5,91 2,95 0,03 0,12 2,976
1500 5,91 2,95 0,03 0,16 4,108
2000 5,91 2,95 0,03 0,21 5,256
2500 5,91 2,95 0,03 0,25 6,422
55000
55000
55000
55000
55000
Tension Max Admisible (psi)
136
Tabla 4.24. Espesor del Acumulador de Diámetro de 2 00 mm
Tabla 4.25. Espesor del Acumulador de Diámetro de 2 50
Tabla 4.26. Espesor del Acumulador de Diámetro de 3 00
Presion (psi) D ext (in) R cilindro (in) Sum corr (in) Espesor min (in) Esp (mm)
500 7,87 3,94 0,03 0,09 2,227
1000 7,87 3,94 0,03 0,15 3,714
1500 7,87 3,94 0,03 0,21 5,223
2000 7,87 3,94 0,03 0,27 6,755
2500 7,87 3,94 0,03 0,33 8,309
55000
55000
Tension Max Admisible (psi)
55000
55000
55000
Presion (psi) D ext (in) R cilindro (in) Sum corr (in) Espesor min (in) Esp (mm)
500 9,84 4,92 0,03 0,10 2,594
1000 9,84 4,92 0,03 0,18 4,452
1500 9,84 4,92 0,03 0,25 6,338
2000 9,84 4,92 0,03 0,32 8,253
2500 9,84 4,92 0,03 0,40 10,196
55000
55000
Tension Max Admisible (psi)
55000
55000
55000
Presion (psi) D ext (in) R cilindro (in) Sum corr (in) Espesor min (in) Esp (mm)
500 11,81 5,91 0,03 0,12 2,960
1000 11,81 5,91 0,03 0,20 5,190
1500 11,81 5,91 0,03 0,29 7,453
2000 11,81 5,91 0,03 0,38 9,751
2500 11,81 5,91 0,03 0,48 12,08355000
Tension Max Admisible (psi)
55000
55000
55000
55000
NOTA: Se selecciona el tanque de menor diámetro ya que su peso es
significativamente menor, además de la facilidad de encontrar este tanque en el
mercado local, los cilindros de otros diámetros no se encuentran en el mercado
por lo que deben ser construidos, esto encarece el producto notablemente ya que
los tanques no serían construidos en serie.
4.9.4 CÁLCULO DEL PESO DE LOS ACUMULADORES
4.9.4.1 Ejemplo de Cálculo
�>BíA>?B@ � ; " <15I�IÂ1�LK
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�>BíA>?B@ � 314,16 AA
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Tabla 4.27. Peso del tanque
D (mm) Espesor(mm) L (mm) Perim(mm)
Volum
(mm3) V (m3) Peso (kg) Peso (lbs)
100 3,758 600 314,16 708367,968 0,000708368 5,56 12,23
150 3,54 600 471,24 1000913,76 0,001000914 7,86 17,29
200 4,46 600 628,32 1681384,32 0,001681384 13,20 29,04
250 5,392 600 785,4 2540926,08 0,002540926 19,95 43,88
300 6,318 600 942,48 3572753,184 0,003572753 28,05 61,70
Continuación:
Nota: En la fila 2 PT se muestra el peso de los dos acumuladores que serían instalados en la bicicleta.
P tanque (lb) P aire (lb) PT (lb) 2 PT (lb)
12,23 1,786 14,02 28,04
17,27 1,786 19,06 38,11
29,04 1,786 30,83 61,65
43,88 1,786 45,67 91,33
61,7 1,786 63,49 126,97
4.9.5 RELACIÓN DE TORQUE Y TRANSMISIÓN PARA LAS DIFERENTE S
COMBINACIONES DE LAS CATALINAS IMPULSADORAS E
IMPULSADAS
4.9.5.1 Simbología
Ptotal.- Peso total
PH.- Peso Humano
PBN.- Peso de la bicicleta neumática
RR.- Resistencia a la rodadura.
FN.- Fuerza necesaria.
TLL.- Torque de la llanta.
R.- Radio.
F.- Fuerza.
TCT.- Torque de la catalina trasera.
TCF.- Torque de la catalina frontal.
Cfron.- Catalina frontal
Ctras.- Catalina trasera
DR.- Distancia recorrida
RT.- Relación de Transmisión
D.- Diámetro
CPS.- Carrera por segundo
TFM.- Tiempo de funcionamiento en minutos
DTR.- Distancia recorrida total.
4.9.5.2 Formulario Físico:
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4.9.5.2.1 Ejemplo de cálculo
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�¦@?#� � 210 ���
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141
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¦ � 0,9785 |?1,1742 |?
¦ � 0.833 Esta es la relación de transmisión más favorable para subir cuestas.
Nota: La distancia recorrida por la rueda conductora y conducida en una
revolución, fueron medidas en la bicicleta que servirá para la construcción del
prototipo.
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¼ �|B@* � 0,312 " ;
¼ �|B@* � 0,98 |?
¼ �?B#��$@*<%$)<#� � ¼ �|B@* W ¦ W ¼�?B#� W ;
¼ �?B#��$@*<%$)<#� � 0,98 |? " 0,833 " 0,376 |? " ;
¼ �?B#��$@*<%$)<#� � 0,965 |?
142
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¼ %><# � 0,965 |?0,188 |? " 1,1 |?
¼ %><# � 5,64 |?
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[º ?@?#� <> B>³@�%$)@*>� ��|B@*� � [º ?@?#� <> $#BB>B#�2
[º ?@?#� <> B>³@�%$)@*>� ��|B@*� � 738,622
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¼¦ � [º ?@?#� <> B>³@�%$)@*>� ��|B@*� W ¼ %><#
¼¦ � 367,81 B>³ " 5,64 |?
¼¦ � 2074,45 B>³ � |
Tabla 4.28. Fuerza Necesaria del Cilindro Neumático
Zona de Aproximación
Zona Seleccionada
Peso Humano (lbs) Peso Bicicleta (lbs) P total (lbs) Pendente (grados) P (rad) Coef rod Resis Rod (lb) F nec (lbf) T llanta (lb pie) Fmax Ctras (lbf) Tcfron F Cilindro
140 70 210 0 0,00 0,015 3,15 3,15 3,47 18,43 2,88 4,42
140 70 210 5 0,09 0,015 3,14 21,44 23,58 125,45 19,57 30,11
140 70 210 10 0,17 0,015 3,10 39,57 43,53 231,52 36,12 55,56
140 70 210 15 0,26 0,015 3,04 57,39 63,13 335,82 52,39 80,60
140 70 210 20 0,35 0,015 2,96 74,78 82,26 437,57 68,26 105,02
140 70 210 25 0,44 0,015 2,85 91,60 100,77 535,98 83,61 128,64
140 70 210 30 0,52 0,015 2,73 107,73 118,50 630,32 98,33 151,28
140 70 210 35 0,61 0,015 2,58 123,03 135,33 719,86 112,30 172,77
140 70 210 40 0,70 0,015 2,41 137,40 151,14 803,93 125,41 192,94
140 70 210 45 0,79 0,015 2,23 150,72 165,79 881,87 137,57 211,65
D de llanta (pies) R de llanta
2,2 1,1
D de Ctras (pies) R de Ctras
0,376 0,188
D de Cfron R de Cfron
0,312 0,156
R de Pedal (ft)
0,65
144
Tabla 4.29. Relaciones de Torque y de Transmisión
CATALINA IMPULSORA 1 Velocidad de Giro = 1 revolución por segundo
Fuerza aplicada = 1 kgf
NOTA: Con fines de calculo de distancia se toma en cuenta una revolucion de la catalina impulsora
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m) Dist (ft)
175 1 0,0875 0,54978 (1 revolución) 1,8032784
Catalina Impulsada 1
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m) Relación Torques Revoluciones
114 1 0,057 0,3581424 0,651428571 1,535087719
Catalina Impulsada 2
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m) Relación Torques Revoluciones
96 1 0,048 0,3015936 0,548571429 1,822916667
Catalina Impulsada 3
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m) Relación Torques Revoluciones
80 1 0,04 0,251328 0,457142857 2,1875
Catalina Impulsada 4
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m) Relación Torques Revoluciones
64 1 0,032 0,2010624 0,365714286 2,734375
Catalina Impulsada 5
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m) Relación Torques Revoluciones
54 1 0,027 0,1696464 0,308571429 3,240740741
Catalina Impulsada 6 COMBINACION MAS FAVORABLE EN LO QUE HA
RECORRIDO DE DISTANCIA SE REFIERE
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (kg m) Distancia (m) Relación Torques Revoluciones
46 1 0,023 0,1445136 0,262857143 3,804347826
145
CONTINUACIÓN:
CATALINA IMPULSORA 2 Velocidad de Giro = 1 revolución por segundo
Fuerza aplicada = 1 kgf
NOTA: Con fines de calculo de distancia se toma en cuenta una revolucion de la catalina impulsora
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m)
137 1 0,0685 0,4303992 (1 revolución)
Catalina Impulsada 1
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m) Relación Torques Revoluciones
114 1 0,057 0,3581424 0,832116788 1,201754386
Catalina Impulsada 2
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m) Relación Torques Revoluciones
96 1 0,048 0,3015936 0,700729927 1,427083333
Catalina Impulsada 3
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m) Relación Torques Revoluciones
80 1 0,04 0,251328 0,583941606 1,7125
Catalina Impulsada 4
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m) Relación Torques Revoluciones
64 1 0,032 0,2010624 0,467153285 2,140625
Catalina Impulsada 5
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m) Relación Torques Revoluciones
54 1 0,027 0,1696464 0,394160584 2,537037037
Catalina Impulsada 6
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (kg m) Distancia (m) Relación Torques Revoluciones
46 1 0,023 0,1445136 0,335766423 2,97826087
146
CONTINUACIÓN:
CATALINA IMPULSORA 3 Velocidad de Giro = 1 revolución por segundo
Fuerza aplicada = 1 kgf
NOTA: Con fines de calculo de distancia se toma en cuenta una revolucion de la catalina impulsora
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m) Dist (ft)
95 1 0,0475 0,298452 (1 revolucion) 0,97892256
COMBINACION MAS FAVORABLE
Catalina Impulsada 1 PARA SUBIR CUESTAS EN LO QUE A FUERZA
SE REFIERE
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m) Relación Torques Revoluciones
114 1 0,057 0,3581424 1,2 0,833333333
Catalina Impulsada 2
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m) Relación Torques Revoluciones
96 1 0,048 0,3015936 1,010526316 0,989583333
Catalina Impulsada 3
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m) Relación Torques Revoluciones
80 1 0,04 0,251328 0,842105263 1,1875
Catalina Impulsada 4
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m) Relación Torques Revoluciones
64 1 0,032 0,2010624 0,673684211 1,484375
Catalina Impulsada 5
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (N m) Distancia (m) Relación Torques Revoluciones
54 1 0,027 0,1696464 0,568421053 1,759259259
Catalina Impulsada 6
Diámetro (mm) Fuerza (kgf) Torque (kg m) Distancia (m) Relación Torques Revoluciones
46 1 0,023 0,1445136 0,484210526 2,065217391
147
Tabla 4.30. Distancia Recorrida (Considerando sin i nercia y relación
favorable a la fuerza necesaria)
Cilindro 32,00 milímetros de
diámetro
Fuerza: 99,73 lb
Cfron: 0,98 ft por
revolución
Ctras: 0,96 ft
Rueda: 5,64 ft 1,72 m/rev
Nº Carreras/rev 2,00 carr/rev
Vel carrera: 0,64 carr/seg
Nº Carreras Tot: 744,32 carreras
Nº Tot rev 372,60 rev
Distancia: 2100,17 ft 640,29 m
148
Tabla 4.31. Distancia Recorrida (Considerando sin i nercia y relación
favorable a la distancia recorrida)
Cilindro 32,00
milímetros
de
diámetro
Fuerza: 99,73 lb
Cfron: 1,80 ft por
revolución
Ctras: 3,23 ft
Rueda: 47,10 ft por
revolución 14,36 m/rev
Nº Carreras/rev 2,00 carr/rev
Vel carrera: 0,64 carr/seg
Nº Carreras
Tot: 744,09 carreras
Nº Tot rev 372,05 rev
Distancia: 17521,77 ft 5342,00 m
149
CAPÍTULO V
5 ESTUDIO ECONÓMICO
5.1 PRESUPUESTO PARA LA BICICLETA
A continuación se presenta el informe económico para la construcción del
prototipo.
Tabla 5.1. Presupuesto
A continuación se muestra el desglose de cada uno de los costos indicados en la
tabla 5.1.
UNIDAD CANTIDAD P. UNITARIO P. TOTAL
Bicicleta U 1 107 107
Elementos de Inmovilización U 1 9,135 9,135
Elementos de sujeción U 1 4,7145 4,7145
Suministro de Gases y Aire U 1 60,333 60,333
Elementos Neumáticos U 1 149,8302 149,8302
Elementos de Impulso U 1 338,1 338,1
Elem. De suministro de aire U 1 569,793 569,793
Costo de Ensamblaje U 1 55,335 55,335
Costo Total 1294,2407
RUBROS
150
5.2 ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS
Tabla 5.2. Costos de la Compra de la Bicicleta
ENTIDAD CONTRATANTE: FAROLMECNOMBRE DEL PROYECTO: BICICLETA NEUMÁTICA
RUBRO: COMPRA DE BICICLETA RENDIMIENTO: 1 U/hUNIDAD: U K= 1
EQUIPOS
CANTIDAD A TARIFA B
COSTO HORA C=AxB
COSTO UNITARIO D=CxK %
Parcial 0MANO DE OBRA
CANTIDAD A
TARIFA B
COSTO HORA C=AxB
COSTO UNITARIO D=CxK %
Mecánico de 1 10 10Mantenimiento deBicicletas
Parcial 10MATERIALES
UNIDADCANTIDA
D AUNITARIO
BCONSUMO
C=AxB %
Bicicleta U 1 90 90
Parcial 90TRANSPORTE
UNIDADCANTIDA
D AUNIDAD COSTO
BCOSTO C=AxB %
TOTAL COSTOS DIRECTOS 100INDIRECTOSIMPREVISTOS 5% 5IMPUESTOS 2COSTO TOTAL DEL RUBRO 107
DESCRIPCION
DESCRIPCION
DESCRIPCION
DESCRIPCION
151
Tabla 5.3. Costo en Elementos de Inmovilización de Ejes
ENTIDAD CONTRATANTE: FAROLMECNOMBRE DEL PROYECTO: BICICLETA NEUMÁTICA
RUBRO: ELEMENTOS DE INMOVILIZACION DE EJES RENDIMIENTO: 1 U/hUNIDAD: U K= 1
EQUIPOS
CANTIDAD A TARIFA BCOSTO HORA C=AxB
COSTO UNITARIO
D=CxK%
Herramienta menor 1 0,5 0,5 0,5
Parcial 0,5MANO DE OBRA
CANTIDAD A TARIFA
B
COSTO HORA C=AxB
COSTO UNITARIO
D=CxK%
Parcial 0MATERIALES
UNIDAD CANTIDAD AUNITARIO
BCONSUMO
C=AxB%
Anillos Elasticos r 6 U 4 0,15 0,6Anillos Elasticos r 8 U 4 0,15 0,6Anillos Elasticos r 10 U 4 0,25 1Anillos Elasticos r 12 U 4 0,25 1
Parcial 3,2TRANSPORTE
UNIDAD CANTIDAD AUNIDAD
COSTO BCOSTO C=AxB
%
Vehiculo Particular U 1 5 5
Parcial 5TOTAL COSTOS DIRECTOS 8,7INDIRECTOSIMPREVISTOS 5% 0,435IMPUESTOSCOSTO TOTAL DEL RUBRO 9,135
DESCRIPCION
DESCRIPCION
DESCRIPCION
DESCRIPCION
152
Tabla 5.4. Costos de Elementos de Sujeción
ENTIDAD CONTRATANTE: FAROLMECNOMBRE DEL PROYECTO: BICICLETA NEUMÁTICA
RUBRO: ELEMENTOS DE SUJECIÓN RENDIMIENTO: 1 U/hUNIDAD: U K= 1
EQUIPOS
CANTIDAD A TARIFA BCOSTO HORA C=AxB
COSTO UNITARIO
D=CxK%
Parcial 0MANO DE OBRA
CANTIDAD A TARIFA
B
COSTO HORA C=AxB
COSTO UNITARIO
D=CxK%
Parcial 0MATERIALES
UNIDAD CANTIDAD AUNITARIO
BCONSUMO
C=AxB%
Tornillos mm 4x30 mm U 2 0,04 0,08Tornillo mm 4x50 mm U 1 0,05 0,05Tuerca mm 4x0,7 U 3 0,01 0,03Abrazadera 3 1/2" U 1 0,5 0,5Abrazadera 1 1/2" U 1 0,25 0,25Arandela 5/32 plana U 6 0,01 0,06Perno acero 3/8x2 U 2 0,3 0,6Tuerca acero RG5 3/8 U 4 0,07 0,28Perno 6x1.00x50 U 8 0,14 1,12Tuerca acero RF5 3/8 U 2 0,08 0,16Tuerca acero RG5 9/16 U 4 0,34 1,36
Parcial 4,49
TRANSPORTE
UNIDAD CANTIDAD AUNIDAD
COSTO BCOSTO C=AxB
%
ParcialTOTAL COSTOS DIRECTOS 4,49INDIRECTOSIMPREVISTOS 5% 0,2245IMPUESTOSCOSTO TOTAL DEL RUBRO 4,7145
DESCRIPCION
DESCRIPCION
DESCRIPCION
DESCRIPCION
153
Tabla 5.5. Costos en la Adquisición de Gases y Aire
ENTIDAD CONTRATANTE: FAROLMECNOMBRE DEL PROYECTO: BICICLETA NEUMÁTICA
RUBRO: SUMINISTRO DE GASES Y AIRE RENDIMIENTO: 1 U/hUNIDAD: m2 K= 1
EQUIPOS
CANTIDAD A TARIFA BCOSTO HORA C=AxB
COSTO UNITARIO
D=CxK%
Parcial 0MANO DE OBRA
CANTIDAD A TARIFA
B
COSTO HORA C=AxB
COSTO UNITARIO
D=CxK%
Parcial 0MATERIALES
UNIDAD CANTIDAD AUNITARIO
BCONSUMO
C=AxB%
Oxigeno Medicinal m3 1 7,5 7,5(Obligatorio)
Aire Comprimido m3 6 6,66 39,96
Parcial 47,46TRANSPORTE
UNIDAD CANTIDAD AUNIDAD
COSTO BCOSTO C=AxB
%
Transporte de Gas U 1 10 10
Parcial 10TOTAL COSTOS DIRECTOS 57,46INDIRECTOSIMPREVISTOS 5% 2,873IMPUESTOSCOSTO TOTAL DEL RUBRO 60,333
DESCRIPCION
DESCRIPCION
DESCRIPCION
DESCRIPCION
DE ESTO SE ENCARGA LA ENTIDAD QUE SUMINISTRA
DE ESTO SE ENCARGA LA ENTIDAD QUE SUMINISTRA
154
Tabla 5.6. Costos de los Elementos Neumáticos
ENTIDAD CONTRATANTE: FAROLMECNOMBRE DEL PROYECTO: BICICLETA NEUMÁTICA
RUBRO: ELEMENTOS NEUMÁTICOS RENDIMIENTO: 1 U/hUNIDAD: U K= 1
EQUIPOS
CANTIDAD A TARIFA BCOSTO HORA C=AxB
COSTO UNITARIO
D=CxK%
Parcial 0MANO DE OBRA
CANTIDAD A TARIFA
B
COSTO HORA C=AxB
COSTO UNITARIO
D=CxK%
Parcial 0MATERIALES
UNIDAD CANTIDAD AUNITARIO
BCONSUMO
C=AxB%
Válvula 5/2 1/4" P/R U 1 54,9 54,9Válvula 3/2 1/8 Botón U 1 37,55 37,55Regulador de Caudal 4mm U 1 8,5 8,5Conector recto 4mm 1/4" U 3 1,33 3,99Conector recto 4mm 1/8" U 4 1,3 5,2Silenciador bronce 1/8" U 4 1,32 5,28Tubo poliuretano 4x2,5mm m 6 0,44 2,64Conector T 4mm U 1 1,9 1,9Conector codo 1/8" 4mm U 2 1,55 3,1
Parcial 123,06TRANSPORTE
UNIDAD CANTIDAD AUNIDAD
COSTO BCOSTO C=AxB
%
Vehiculo Particular U 1 5 5
Parcial 5TOTAL COSTOS DIRECTOS 128,06INDIRECTOSIMPREVISTOS 5% 6,403IMPUESTOS 12% 15,3672COSTO TOTAL DEL RUBRO 149,8302
DESCRIPCION
DESCRIPCION
DESCRIPCION
DESCRIPCION
155
Tabla 5.7. Costos de los Cilindros Neumáticos
ENTIDAD CONTRATANTE: FAROLMEC NOMBRE DEL PROYECTO: BICICLETA NEUMÁTICA
RUBRO: ELEMENTOS DE IMPULSO RENDIMIENTO: 0,0833 U/hUNIDAD: U K= 12,0048019
EQUIPOS
CANTIDAD A TARIFA B
COSTO HORA C=AxB
COSTO UNITARIO
D=CxK %
Parcial 0MANO DE OBRA
CANTIDAD A
TARIFA B
COSTO HORA C=AxB
COSTO UNITARIO
D=CxK %
ParcialMATERIALES
UNIDADCANTIDAD
AUNITARIO
BCONSUMO
C=AxB %
Cilindros Neumáticos U 2 156 312Diámetro 32 x 400 mmde Carrera (Metalworks)
Parcial 312TRANSPORTE
UNIDADCANTIDAD
AUNIDAD
COSTO BCOSTO C=AxB %
Vehiculo Particular U 1 10 10
Parcial 10TOTAL COSTOS DIRECTOS 322INDIRECTOSIMPREVISTOS 5% 16,1IMPUESTOSCOSTO TOTAL DEL RUBRO 338,1
DESCRIPCION
DESCRIPCION
DESCRIPCION
DESCRIPCION
156
Tabla 5.8. Costos de los Elementos de Suministro de Aire
ENTIDAD CONTRATANTE: FAROLMEC NOMBRE DEL PROYECTO: BICICLETA NEUMÁTICA
RUBRO: ELEMENTOS PARA SUMINISTRO DE AIRE RENDIMIENTO: 1 U/hUNIDAD: UNIDAD K= 1
EQUIPOS
CANTIDAD A TARIFA BCOSTO HORA C=AxB
COSTO UNITARIO
D=CxK%
PrensaTornoHerramienta menor
Parcial 0MANO DE OBRA
CANTIDAD A TARIFA
B
COSTO HORA C=AxB
COSTO UNITARIO
D=CxK%
Tornero 1 8 8 8Mecánico general 1 2 2 2
Parcial 10MATERIALES
UNIDAD CANTIDAD AUNITARIO
BCONSUMO
C=AxB%
Conector recto 4mmx1/4" U 2 1,33 2,66Tanque de 1 metro cubico U 2 160 320Regulador de presión U 2 60 120Válvulas de Ox A/P U 2 40 80
Parcial 522,66TRANSPORTE
UNIDAD CANTIDAD AUNIDAD
COSTO BCOSTO C=AxB
%
Vehiculo Particular U 1 10 10
Parcial 10TOTAL COSTOS DIRECTOS 542,66INDIRECTOSIMPREVISTOS 5% 27,133IMPUESTOSCOSTO TOTAL DEL RUBRO 569,793
DESCRIPCION
DESCRIPCION
DESCRIPCION
DESCRIPCION
Estos Costos estan incluidos en el costo de la mano de obra
157
Tabla 5.9. Costos de Ensamblaje
ENTIDAD CONTRATANTE: FAROLMECNOMBRE DEL PROYECTO: BICICLETA NEUMÁTICA
RUBRO: COSTOS DE ENSAMBLAJE RENDIMIENTO: 1 U/hUNIDAD: U K= 1
EQUIPOS
CANTIDAD A TARIFA BCOSTO HORA C=AxB
COSTO UNITARIO
D=CxK%
Herramienta menor 1 0,5 0,5 0,5Soldadora 300 amps 1 5 5 5Esmeril de pedestal 1 0,5 1 1Taladro de Pedestal 1 1 2 2
Parcial 8,5MANO DE OBRA
CANTIDAD A TARIFA
B
COSTO HORA C=AxB
COSTO UNITARIO
D=CxK%
Mecánico General 1 20
Parcial 20MATERIALES
UNIDAD CANTIDAD AUNITARIO
BCONSUMO
C=AxB%
Plantina 3/8" U 1 6 6Placa 3/8" U 1 1 1Electrodos E 6011 U 3 1 3Varilla lisa de 12 mm U 1 3 3Cuadrado 5x5 U 1 1 1Platina 1/8" U 1 1 1Remaches 5/16x1/2" U 2 0,1 0,2Grasa amarilla U 1 0,25 0,25Teflon U 1 0,25 0,25Cinta adhesiva de caucho U 1 0,5 0,5Variila lisa 9/16 U 1 1 1Pintura anticorrosiva U 1 3 3Masilla automotriz U 1 2 2Lijas U 1 2 2
Parcial 24,2TRANSPORTE
UNIDAD CANTIDAD AUNIDAD
COSTO BCOSTO C=AxB %
ParcialTOTAL COSTOS DIRECTOS 52,7INDIRECTOSIMPREVISTOS 5% 2,635IMPUESTOSCOSTO TOTAL DEL RUBRO 55,335
DESCRIPCION
DESCRIPCION
DESCRIPCION
DESCRIPCION
158
5.3 ANÁLISIS ECONÓMICO PARA LA ADQUISICIÓN DE UN
COMPRESOR DE ALTA PRESIÓN
El siguiente análisis se realiza en el caso de que la empresa decidiera adquirir un
compresor de alta presión para el llenado de los acumuladores que la bicicleta
utiliza.
La adquisición del compresor de alta presión se lo realizaría en el caso de
comercializar la bicicleta.
Tabla 5.10. Costo del Compresor
El costo del compresor fue proporcionado por la empresa HAUG
KOMPRESSOREN AG.
Tabla 5.11. Datos Técnicos del Compresor
25000 USD
20 años
5000 USD
Inversión Inicial:
Vida Util:
Valor residual
Presion: Máxima 350 bares
Mínima: 90 bares
Potencia: Máxima 5,5 kW
Mínima: 3,3 kW
3,89 kWPotencia a 160 bares de Presión:
159
5.3.1 SIMBOLOGÍA
C.- Capital
i.- Tasa de interés anual
n.- Número de años
RC.- Retorno de Capital
C.R.C.- Coeficiente de retorno de capital
V.A.R.- Valor Actual Residual.
VRE.- Valor real.
VR.- Valor residual.
C.V.A.- Coeficiente de valor actual
D.E.A.- Depreciación Económicamente Activa
5.3.2 FORMULARIO ECONÓMICO
Retorno de Capital
. �. � Z ¶W Ø� � |)%*
Coeficiente de Retorno de capital
�. . �. � )�1 )�]�1 )�] � 1
Valor Actual
Z. +. � �W �Z+ |)%*
Valor Actual Residual
Z. +. � Z. W �Z+ |)%*
Coeficiente de valor actual
Caudal: Máxima 28 m^3/h
Mínima: 12 m^3/h
16,29 m^3/hCaudal suministrado a 3,89 kW:
160 �. Z. +. |)%* � �1 )�V]
Depreciación Económicamente Activa
¼. ¶. +. � . �. ì3¼#ñ@
5.3.2.1 Cálculo
La tasa de interés que se utilizará para el cálculo será del 12%, tasa de interés con
la cual los bancos trabajan.
�. . �. � )�1 )�]�1 )�] � 1
* � 20
�. . �. � 0,12 " �1 0.12�9¸�1 0.12�9¸ � 1
�. . �. � 0,134
Z ¶ � � � Z+
Z. +. . � Z W �. Z. +|)%*
�. Z. +|)%* � �1 )�V]
Ø�. Z. +|)%* � �1 0.12�V9¸
�. Z. +|)%* � 0,103
Z. +. . � 5000 " 0,103
Z. +. � 518,33 ì3¼
Z ¶ � 25000 � 518,33
Z ¶ � 24481,67 ì3¼
. �. � Z ¶W Ø� � |)%*
. �. � 24481,67 " 0,103
. �. � 3277,57 ì3¼
¼. ¶. +. � . �. ì3¼#ñ@
161
¼. ¶. +. � 3277,57 ì3¼#ñ@
5.3.3 ANÁLISIS DE PUNTO DE EQUILIBRIO
El análisis del punto de equilibrio mostrará a la empresa el número de
acumuladores que tendría que llenar al día para tener rentabilidad.
Tabla. 5.12. Costo de Mantenimiento del Compresor
Tabla 5.13. Depreciación Económicamente Activa
Tabla 5.14. Información técnica para el llenado de acumuladores de 1 m 3
300 USD/año
0,82 USD/díaCosto de Mantenimiento:
Dep. Econom. Activa 3277,58 USD/año 8,98 USD/día
Tiempo: 0,061 horas
Potencia: 3,890 kW
Energía: 0,238 kW-h
Precio: 0,060 USD/kW-h
162
Tabla 5.15. Punto de Equilibrio para compresor de a lta Presión
m^3/diarios 1 60 120 180 240 275 300 360 420 480 540
EGRESOS:
Costos de Operación: 0,014 0,858 1,716 2,574 3,432 3,933 4,290 5,148 6,006 6,864 7,722
Costos de Mantenimiento: 0,822 0,822 0,822 0,822 0,822 0,822 0,822 0,822 0,822 0,822 0,822
Depreciación 8,98 8,98 8,98 8,98 8,98 8,98 8,98 8,98 8,98 8,98 8,98
COSTOS TOTALES 9,82 10,66 11,52 12,38 13,23 13,73 14,09 14,95 15,81 16,67 17,52
INGRESOS 0,05 3 6 9 12 13,75 15 18 21 24 27
RENTABILIDAD -9,77 -7,66 -5,52 -3,38 -1,23 0,02 0,91 3,05 5,19 7,33 9,48
163
Gráfico 5.1. Punto de Equilibrio
La empresa debería llenar 275 acumuladores diariamente para no tener pérdidas
0
5
10
15
20
25
30
0 100 200 300 400 500 600
DÓ
LAR
ES
METROS CUBICOS DE AIRE VENDIDOS POR DÍA
PUNTO DE EQUILIBRIO PARA COMPRESOR DE ALTA PRESIÓN
Ingresos
Costos Totales
164
CAPITULO VI
6 PROTOCOLO DE PRUEBAS
6.1 PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA LA BICICLETA
IMPULSADA POR AIRE COMPRIMIDO
Para el protocolo de pruebas se tendrá en cuenta las condiciones ambientales
como la temperatura, la humedad y la presión atmosférica.
6.1.1 MATERIALES UTILIZADOS
• Termómetro.
• Algodón.
• Agua.
• Cartas Psicrométricas.
• Bicicleta Impulsada por aire comprimido.
• Aire comprimido a alta presión.
• Pista plana.
• Casco.
• Cronómetro.
• Flexómetro.
• Sonómetro.
6.1.2 DATOS DE CONDICIONES AMBIENTALES
Tabla 6.1. Condición Ambiental
Temperatura Bulbo Seco: 71,6 F
Temperatura Bulbo Humedo: 51 F
Presion Atmosferica: 10,40 psia
Humedad Relativa 50 %
Volumen Específico: 19,65 pies^3/lbm aire seco
Entalpía Específica: 41,9 Btu/lbm aire seco
Contenido de agua: 0,0218 lb agua/lb aire
Altura: 2800 msnm
165
6.1.3 DATOS DEL EQUIPO
Tabla 6.2. Datos Técnicos
Tabla 6.3. Costos del equipo
6.1.4 DATOS DEL COMBUSTIBLE
Nombre: Aire Comprimido
Composición Química: Nitrógeno 79%, Oxigeno 21%
Costo: 6,67 USD/m^3
Energía del Aire
comprimido: 81,1385 kJ/m3
Densidad Normal: 1,2 kg/m3
Tabla 6.4. Composición Química y Costo
Nombre: Bicicleta
Tipo: Montañera
Placa:
Marca: Oxford
Modelo: Neumática
Año: 2002
Pais: U.S.A.
Cilindraje: 640 cc
Tonelaje: 0,25 T
Carrocería: Metal
Combustible:
Motor:
Pasajeros: 1
Energía: Presión: 1250 psiAire comprimido
1300 USD
50 USD/año
547,5 USD/año
10 años
0 USD
Inversión Inicial:
Mantenimiento Anual:
Costos de Operación:
Vida Util:
Valor Residual:
166
Incremento Anual:
8 %
Precio de Aire Comprimido:
2005 5,776 m^3
2006 5,893 m^3
2007 6,014 m^3
2008 6,136 m^3
2009 6,670 m^3
Tabla 6.5. Proyección del Costos del Aire comprimid o
6.1.5 DATOS OBTENIDOS EN LA PRUEBA
Revoluciones por minuto: Indeterminado
Velocidad de Prueba: 7 km/h
Distancia Recorrida: 1,17 km
Combustible Consumido: 800 l
Tiempo de Prueba: 10 min
Tabla 6.6. Datos de Funcionamiento
Tabla 6.7. Contaminación de Gases
Tabla 6.8. Niveles de Ruido
CO: 0 % Vol
HC: 0 ppm
O2: 0 % Vol
Dilución:
MIN: 0 % Vol CO + CO2
MAX: 0 % Vol CO + CO2
Ruido: 60 dbA
167
6.1.6 CÁLCULOS
Tabla 6.9. Datos
6.1.6.1 Simbología
CA = Consumo de Aire
CAH = Consumo de Aire por Hora.
CAK = Consumo de Aire por Kilómetro
DRD = Distancia Recorrida por cada dólar.
EN = Energía que Entra.
EAC = Energía del aire comprimido
ES = Energía que sale.
ò � Eficiencia del Motor
6.1.6.2 Fórmulas
�+� � �+?)>A7@ <> �B%>�#
�+° � �+¼)�?#*$)# >$@BB)<#
¼ ¼ � ¼)�?#*$)# >$@BB)<#�@�?@ <>� +)B>
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ò � ¶3¶[ " 100%
�1EÂ_51�1 � 22,3 [
Nota: Ver el valor de la energía del aire comprimido en el Anexo B
Consumo de Aire: 800 l
Distancia recorrida: 1,17 km
Tiempo de Prueba: 10 min
Costo del aire: 6,67 USD/m3
168
Tabla 6.10. Resultados
Potencia 86,20 W
6.2 PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA UNA MOTOCICLETA A
GASOLINA
6.2.1 MEDICIÓN DE LA CONDICIÓN AMBIENTAL
Tabla 6.11. Condición Ambiental
4.800,000 l/h
683,761 l/km
1,463 km/m^3
0,219 km/USD
Consumo de aire por hora:
Consumo de aire por kilometro:
Distancia recorrida por m3:
Distancia recorrida por cada USD:
81,138 kJ/m3
32,455 kJ
26,086 kJ
6,370 kJ
80,374 %
Energía que entra:
Energia que sale:
Perdidas:
Eficiencia Motor:
Energía del Aire Comprimido:
Temperatura Bulbo Seco: 71,6 F
Temperatura Bulbo Humedo: 51 F
Presion Atmosferica: 10,40 psia
Humedad Relativa 50 %
Volumen Específico: 19,65 pies^3/lbm aire seco
Entalpía Específica: 41,9 Btu/lbm aire seco
Contenido de agua: 0,0218 lb agua/lb aire
Altura: 2800 msnm
169
6.2.2 DATOS DEL EQUIPO
Tabla 6.12. Datos Técnicos de la Moto
6.2.3 DATOS DE COMBUSTIBLE
37
Tabla 6.13. Datos Técnicos de la Gasolina
37 Nota: La energía del combustible fue obtenido del Libro de Termodinámica de Cengel, Cuarta edición,
Nombre: Motocicleta
Tipo: Paseo
Placa: P028374
Marca: Honda
Modelo: XLR-125
Año: 2003
Pais: Colombía
Cilindraje: 125 cc
Tonelaje: 0,25 T
Carrocería: Metal
Combustible: Gasolina
Motor: 4 tiempos
Pasajeros: 1
44430 kJ/kg
0,703 kg/l
Nombre:
Composición Quimica:
Costo:
Energía del Combustible:
Densidad:
Gasolina Extra
C8H18
170
Tabla 6.14. Historial del Precio de la Gasolina
6.2.4 DATOS OBTENIDOS DE LA PRUEBA
Tabla 6.15. Información de Funcionamiento
Tabla 6.16. Emanación de Gases Tóxicos
Tabla 6.17. Emisión de Ruido
Las pruebas fueron realizadas bajo las siguientes condiciones:
• Prueba estática en ralentí y a 2500 rpm.
• Medición de contaminantes: CO y HC (analizador de gases).
• NTE INEN 2203:99 Método.
8 %
2005 1,16 gal US
2006 1,2 gal US
2007 1,3 gal US
2008 1,4 gal US
2009 1,48 gal US
Precio del Combustible:
Incremento Anual:
15 a 25 km/h
14,25 km
0,15 l
52 min
Combustible Consumido:
Tiempo de Prueba:
IndeterminadoRevoluciones por minuto:
Velocidad de Prueba:
Distancia Recorrida:
CO: 1 % Vol
HC: 100 ppm
O2: 3.0 % Vol
Dilución:
MIN: 13 % Vol CO + CO2
MAX: 16,5 % Vol CO + CO2
Ruido: 85 dbA
171
• NTE INEN 2204:99 Límites.
6.2.5 CÁLCULOS
Tabla 6.18. Datos Obtenidos en la prueba
6.2.5.1 Simbología
CC = Consumo de combustible
CCH = Consumo de combustible por Hora.
CCK = Consumo de combustible por Kilómetro
DRD = Distancia Recorrida por cada dólar.
EN = Energía que entra al sistema.
EC = Energía del combustible.
ES = Energía que sale del sistema.
ò � Eficiencia del Motor
6.2.5.1.1 Fórmulas
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.
Consumo de Combustible: 0,19 l
Distancia recorrida: 14,25 km
Tiempo de Prueba: 52 min
Costo de Combustible: 1,48 USD / gal
Peso de Combustible: 0,13357 kg
172
Tabla 6.19. Resultados
6.3 COMPARACIÓN ECONÓMICA ENTRE LA MOTOCICLETA Y
LA BICICLETA NEUMÁTICA
6.3.1 MOTOCICLETA DE 125 CC (4 TIEMPOS)
Tabla 6.20. Costo de una motocicleta de 125 cc.
Tabla 6.21. Costos Operacionales
Tabla 6.22. Costos para la legalización
4.800,000 l/h
683,761 l/km
1,463 km/m^3
0,219 km/USD
81,138 kJ/m3
64,911 kJ
52,171 kJ
12,739 kJ
80,374 %
Energía que entra:
Energia que sale:
Perdidas:
Eficiencia Motor:
Consumo de aire por hora:
Consumo de aire por kilometro:
Distancia recorrida por m3:
Distancia recorrida por cada USD:
Energía del Aire Comprimido:
4000 USD
100 USD/año
Inversión Inicial:
Costos de Mantenimiento: 25% Incremento Anual
Aceite: 15 USD / 2000 km.
Gasolina: 0,005 USD / km.
10% Incremento Anual
8% Incremento Anual
Matricula: 60 USD/año
Revisión: 20 USD/año
SOAT: 25 USD/año 10% Incremento Anual
5% Incremento Anual
10% Incremento Anual
173
Tabla 6.23. Vida Útil
6.3.2 BICICLETA NEUMÁTICA
Tabla 6.24. Costos de la bicicleta neumática
Aire 0.05 USD/m3 Incremento anual 8%
Tabla 6.25. Costos Operacionales
Tabla 6.26. Costos de Legalización para la Biciclet a Neumática
Tabla 6.27. Vida Útil
10 años
1300 USD
50 USD/año
Inversión Inicial:
Costos de Mantenimiento: 25% Incremento Anual
Matricula: 0 USD/año
Revisión: 0 USD/año
SOAT: 0 USD/año
10 años
174
6.4 PROYECCIÓN DE LOS COSTOS
6.4.1 MOTOCICLETA
Tabla 6.28 Cálculo de VAN Anual de la Motocicleta d e 125 cc
AÑO 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Inversion Inicial 4000,00
Costos Mantenimiento 100,00 125,00 156,25 195,31 244,14 305,18 381,47 476,84 596,05 745,06
Gasolina 54,75 59,13 63,86 68,97 74,49 80,45 86,88 93,83 101,34 109,45
Aceite 82,13 90,34 99,37 109,31 120,24 132,26 145,49 160,04 176,04 193,65
Matrícula 60,00 63,00 66,15 69,46 72,93 76,58 80,41 84,43 88,65 93,08
Revisión 20,00 22,00 24,20 26,62 29,28 32,21 35,43 38,97 42,87 47,16
SOAT 25,00 27,50 30,25 33,28 36,60 40,26 44,29 48,72 53,59 58,95
Costos Totales 0,00 341,88 386,97 440,08 502,94 577,68 666,93 773,97 902,83 1058,54 1247,34
VAN (para cada año) 4000,00 4341,88 4728,84 5168,92 5671,87 6249,55 6916,48 7690,45 8593,27 9651,81 10899,15
Costos de Operación:
Costos Legales:
175
6.4.2 BICICLETA NEUMÁTICA
Tabla 6.29 Cálculo de VAN Anual de la Bicicleta Neu mática
AÑO 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Inversion Inicial 1300,00
Costos Mantenimiento 50,00 62,50 78,13 97,66 122,07 152,59 190,73 238,42 298,02 372,53
Aire 547,50 591,30 638,60 689,69 744,87 804,46 868,81 938,32 1013,38 1094,46
Matrícula 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Revisión 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
SOAT 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Costos Totales 0,00 597,50 653,80 716,73 787,35 866,94 957,05 1059,55 1176,74 1311,41 1466,98
VAN (para cada año) 1300,00 1897,50 2551,30 3268,03 4055,38 4922,32 5879,36 6938,91 8115,65 9427,05 10894,04
Costos de Operación:
Costos Legales:
176
Tabla 6.30. Cálculo del VAN en Valor Actual (Motoci cleta)
Tabla 6.31. Cálculo del VAN en Valor Actual (Bicicl eta Neumática)
Tasa de Interes 12 %
Valor Actual Neto 0 4000,00
Valor Actual Neto 1 3876,67
Valor Actual Neto 2 3769,80
Valor Actual Neto 3 3679,14
Valor Actual Neto 4 3604,57
Valor Actual Neto 5 3546,16
Valor Actual Neto 6 3504,11
Valor Actual Neto 7 3478,77
Valor Actual Neto 8 3470,68
Valor Actual Neto 9 3480,54
Valor Actual Neto 10 3509,23
VAN 39931,68 USD
Tasa de Interes 12 %
Valor Actual Neto 0 1300,00
Valor Actual Neto 1 1694,20
Valor Actual Neto 2 2033,88
Valor Actual Neto 3 2326,12
Valor Actual Neto 4 2577,27
Valor Actual Neto 5 2793,05
Valor Actual Neto 6 2978,67
Valor Actual Neto 7 3138,81
Valor Actual Neto 8 3277,77
Valor Actual Neto 9 3399,49
Valor Actual Neto 10 3507,59
VAN 29038,85 USD
177
Gráfico 6.1 Comparación Económica entre la Motocicl eta y la Bicicleta
Neumática
Conclusión
Se puede notar que la bicicleta neumática y el motocicleta de 125 cc de cuatro
tiempos a gasolina, al cabo de 10 años presentan el mismo gasto.
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 2 4 6 8 10 12
DO
ÓLA
RES
AÑOS
GRAFICO DE COSTOS ANUALES DE LAS ALTERNATIVAS
VAN MOTOCICLETA VAN BICICLETA
178
CAPITULO 7
7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
7.1 CONCLUSIONES
1. El aire comprimido puede ser utilizado como fuente de energía en un medio
de transporte.
2. El precio de la gasolina es bajo dado a los subsidios del gobierno, mientras
que el precio del aire comprimido es alto, dado a que las empresas que lo
distribuyen incluyen en el mismo un alto porcentaje de ganancia.
3. Para la adquisición de una motocicleta de gasolina de 125 centímetros
cúbicos se necesita de una inversión inicial del triple o cuádruple de la
inversión necesaria en una bicicleta neumática.
4. Los costos de operación de una motocicleta son más bajos que en el caso
de una bicicleta neumática, sin embargo la motocicleta tiene gastos
adicionales como: matricula, SOAT, revisión vehicular, además de un costo
más alto en lo que a mantenimiento anual se refiere, en la bicicleta
neumática los costos legales no existen y los costos de mantenimiento
anual son bajos.
5. En la bicicleta neumática no se necesita revisión vehicular ya que la
contaminación ambiental producida por su funcionamiento es reducida.
6. El aire comprimido puede ser una energía rentable siempre y cuando se
logre distribuir a un máximo de 0,05 USD por metro cúbico y sujeto a un
máximo incremento de 8 % anual.
7. Para obtener un mayor tiempo de funcionamiento de la bicicleta neumática
se debe tratar de comprimir el aire a la máxima presión posible.
8. En el caso de necesitar más fuerza para subir cuestas pronunciadas se
debe utilizar cilindros neumáticos de mayor diámetro o subir la presión de
trabajo.
9. En el caso de ser necesaria mayor velocidad que la suministrada por la
bicicleta prototipo se debe incrementar el número de tanques y conectarlos
en paralelo para aumentar el caudal o subir la presión de trabajo.
179
10. No es necesario utilizar filtro y sistema de lubricación de aire cuando se
utiliza cilindros neumáticos lubricados.
7.2 RECOMENDACIONES
1. Utilizar todos los implementos de seguridad para proceder al manejo de la
bicicleta, estos incluyen casco, guantes, rodilleras. Coderas, etc.
2. Antes de proceder a manejar la bicicleta se debe revisar previamente:
presión de aire en los tanques, (presión de trabajo 80 psi) se puede variar
el rango de la presión en ó20 psi, teniendo en cuenta que al reducir la
presión reducirá la fuerza de la bicicleta pero disminuirá el consumo de
aire, al aumentar la presión también aumentará la fuerza de la bicicleta
pero el consumo de aire será mayor.
3. Revisar los sistemas mecánicos como son frenos, cadena de transmisión,
anillos elásticos, ejes de rotación.
4. Asegurarse que no haya ningún tipo de fuga de aire, ya que una fuga en el
sistema de aire comprimido desemboca en una perdida extremadamente
rápida de presión, en este caso de energía.
5. La bicicleta neumática es para un solo pasajero, dado a las
especificaciones técnicas de sus componentes con los cuales fue
diseñada, tanto en sus partes neumáticas como mecánicas.
6. Evitar que la humedad produzca corrosión en los componentes de la
bicicleta neumática, para mantener un correcto funcionamiento.
180
BIBLIOGRAFÍA
• American Institute of Steel Construction, “Manual of Steel Construction”,
Octava edición.
• Apuntes y Experiencia adquirida en el SEMINARIO DE NEUMÁTICA
APLICADA, junio del 2008 (Expositor: Ing. Fernando Jácome).
• CARNICER royo, (1980), “Aire Comprimido Neumática”, Editorial Gustavo
Pili S.A., Barcelona.
• CARULLA Miguel, (1993), “Circuitos Básicos de Neumática”, Editorial Alfa
omega, México.
• FOX Robert w. (1993), Introducción a la Mecánica de Fluidos, México,
McGRAW-HILL.
• HESSE Stefan, (2000), “99 Ejemplos Prácticos de Aplicaciones
Neumáticas”.
• INEN, “Catálogo de Dibujo Mecánico”.
• JIMENEZ Luis, (1979), “Manual de Neumática”, Editorial Blume, Barcelona.
• MABIE Hamilton, (1995), “Mecanismos y Dinámica de Máquinas”, Editorial
Limusa, España.
• MERIAM, (1981), “Dinámica”, Editorial Reveté, España.
• MIRALIUVOV, “Resistencia de Materiales”, Moscú, 1981.
• SHIGLEY Joseph, (1983), “Teoría de Máquinas y Mecanismos”, Editorial
McGraw-Hill, México.
• SHIGLEY Joseph, (1989), “Manual de Diseño Mecánico”, Editorial
McGraw-Hill, México.
181
ANEXO A1
“ELAVORACIÓN DE ENCUESTAS”
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
PROYECTO DE TITULACION
ENCUESTA
A1.1. RECIBA UN CORDIAL SALUDO
Somos egresados de la Facultad de Ingeniería Mecánica.
La presente encuesta tiene como objetivo averiguar si usted estaría dispuesto (a)
a modificar su bicicleta instalando en la misma un sistema de propulsión de aire
comprimido, además obtener información sobre los requerimientos técnicos para
el diseño del sistema de propulsión.
POR FAVOR MARQUE CON UNA X SEGÚN CREA CONVENIENTE
PERFIL DE LA PERSONA ENCUESTADA:
Persona Encuestada:………………………………………………………………
CUESTIONARIO
1. ¿Tiene problemas al transportarse de un lugar a otro en la ciudad de Quito?
SI NO
2. ¿Estaría dispuesto a trasladarse a su lugar de trabajo o estudio en una
bicicleta?
SI NO
SI SU RESPUESTA ES NO, ESPECIFIQUE EL PORQUE DE SU RESPUESTA.
………………………………………………………………………………………………
3. ¿Dispone usted de una bicicleta?
SI NO
Si su respuesta es negativa pase a la pregunta 5.
4. SI DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a instalar en esta un
sistema de propulsión que facilite su trasporte?
SI NO
Si su respuesta es afirmativa pase a la pregunta 6. Caso contrario GRACIAS por
su colaboración.
5. SI NO DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a adquirir una?
SI NO
Si su respuesta es negativa GRACIAS POR SU COLABORACIÓN
SI SU RESPUESTA ANTERIOR ES AFIRMATIVA:
Instalaría
el sistema
de
Propulsión
No instalaría
el sistema
de propulsión
6. Cuál es la distancia aproximada que recorre diariamente:
¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨
7. Cuanto tiempo se demora en ir a su destino
15 minutos a 30 minutos________ 31 minutos a 1 hora_________ 1 hora o
más________
8. Su edad está entre los:
GRACIAS POR SU COLABORACIÓN!!
A1.2. JUSTIFICACION DE LAS PREGUNTAS REALIZADAS EN LA ENCUESTA
CUESTIONARIO
1) ¿Tiene problemas al transportarse de un lugar a otro en la ciudad de
Quito?
SI NO
Objetivo: Comprobar el problema existente en el transporte público en la ciudad
de Quito.
2) ¿Estaría dispuesto a trasladarse a su lugar de trabajo o estudio en una
bicicleta?
SI NO
SI SU RESPUESTA ES NO, ESPECIFIQUE EL PORQUE DE SU
RESPUESTA.
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………
Objetivo: Conocer el interés que las personas tendrían en la utilización de un
nuevo medio de transporte.
15 – 25 años
26 – 35 años
Más de 36 años
3) ¿Dispone usted de una bicicleta?
SI NO
Si su respuesta es negativa pase a la pregunta 5.
Objetivo: Saber si las personas cuentan con una bicicleta.
4) SI DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a instalar en esta un
sistema de propulsión que facilite su trasporte?
SI NO
Si su respuesta es afirmativa pase a la pregunta 6. Caso contrario Gracias
por su colaboración.
Objetivo: Averiguar si las personas incorporarían un sistema de propulsión a su
bicicleta, que les facilite el movilizarse.
5) SI NO DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a adquirir una?
SI NO
Si su respuesta es negativa GRACIAS POR SU COLABORACIÓN
SI SU RESPUESTA ANTERIOR ES AFIRMATIVA:
Instalaría
el sistema
de
Propulsión
No instalaría
el sistema
de
propulsión
Objetivo: Averiguar si las personas estarían dispuestas a adquirir una bicicleta
que tenga un sistema de propulsión.
6) Cuál es la distancia aproximada que recorre diariamente:
¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨
Objetivo: Saber la distancia que se trasladan diariamente las personas.
7) Cuanto tiempo se demora en ir a su destino
15 minutos a 30 minutos________31 minutos a 1 hora___________ 1 hora o
más________
Objetivo: Conocer el tiempo que las personas encuestadas se tardan en llegar a
su destino.
8) Su edad está entre los:
Objetivo: Investigar el segmento de mercado en el que tendría mayor acogida el
producto.
15 – 25 años
26 – 35 años
Más de 36 años
ANEXO A2
“Presentación de resultados de la Encuestas Realizadas ”
1. ¿Tiene problemas al transportarse de un lugar a otro en la ciudad de Quito?
SI NO
Tabla A 2.1. Pregunta 1
Nombre Sí No
1 Juan Chiriboga x
2 Marcos Morales x
3 Daniel Peralta x
4 José Calderón x
5 Marco León x
6 Michael Campoverde x
7 Ricardo Racines x
8 Renato Garrido x
9 Marco Morales x
10 Santiago Araujo x
11 Lucio Rojas x
12 Diana Oña x
13 Dina Ibadongo x
14 Belén Andrade x
15 Paúl Ruiz x
16 Byron Loarte x
17 Anónimo x
18 Jessica Morales x
19 Salomé Idrobo x
20 Adrián Yepez x
21 César Palmay x
22 Juan Villacís x
23 Jorge Sarango x
24 David Ramírez x
25 Christian Montenegro x
26 Christian Calvachi x
27 Hugo Gangotena x
28 Moorilú Chuico x
29 Fausto Carrera x
30 Pamela Díaz x
31 José Cuichán x
32 Marcelo Llugsi x
33 Pablo Herrera x
34 Madelyne Carrera x
35 Carmen Ochoa x
36 Estefanía Arámbulo x
37 Dayana Clanjoy x
38 Estefanía Zuleta x
39 Celia Andrade x
40 Gabriel Vizuete x
41 Jairo Revelo x
42 Pablo Salamea x
43 Santiago Morales x
44 José Dávila x
45 Joaquín Sanango x
46 Luis Herrera x
47 Santiago Álvarez x
48 Alejandro Santillán x
49 Jacqueline Chicaiza x
50 Kleber Quinga x
51 Cristian Quishpe x
Sí No
34 17
66,67% 33,33%
2. ¿Estaría dispuesto a trasladarse a su lugar de trabajo o estudio en una
bicicleta?
SI NO
SI SU RESPUESTA ES NO, ESPECIFIQUE EL PORQUE DE SU RESPUESTA.
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Tabla A 2.2. Pregunta 2
Nombre Sí No
1 Juan Chiriboga x
2 Marcos Morales x
3 Daniel Peralta x
4 José Calderón x
5 Marco León x
6 Michael Campoverde x
7 Ricardo Racines x
8 Renato Garrido x
9 Marco Morales x
10 Santiago Araujo x
11 Lucio Rojas x
12 Diana Oña x
13 Dina Ibadongo x
14 Belén Andrade x
15 Paúl Ruiz x
16 Byron Loarte x
17 Anónimo x
18 Jessica Morales x
19 Salomé Idrobo x
20 Adrián Yepez x
21 César Palmay x
22 Juan Villacís x
23 Jorge Sarango x
24 David Ramírez x
25 Christian Montenegro x
26 Christian Calvachi x
27 Hugo Gangotena x
28 Moorilú Chuico x
29 Fausto Carrera x
30 Pamela Díaz x
31 José Cuichán x
32 Marcelo Llugsi x
33 Pablo Herrera x
34 Madelyne Carrera x
35 Carmen Ochoa x
36 Estefanía Arámbulo x
37 Dayana Clanjoy x
38 Estefanía Zuleta x
39 Celia Andrade x
40 Gabriel Vizuete x
41 Jairo Revelo x
42 Pablo Salamea x
43 Santiago Morales x
44 José Dávila x
45 Joaquín Sanango x
46 Luis Herrera x
47 Santiago Álvarez x
48 Alejandro Santillán x
49 Jacqueline Chicaiza x
50 Kleber Quinga x
51 Cristian Quishpe x
Sí No
26 25
50,98% 49,02%
SI SU RESPUESTA ES NO, ESPECIFIQUE EL PORQUE DE SU RESPUESTA.
……………………………………………………………………………………………
Tabla A 2.3. Extensión de Pregunta 2
Nombre Razón por la que la respuesta fue Negativa
1 Juan Chiriboga Vive Lejos
2 Ricardo Racines Vive lejos
3 Renato Garrido Vive lejos
4 Santiago Araujo No le interesa
5 Lucio Rojas Vive lejos
6 Diana Oña Vive lejos
7 Dina Ibadongo Vive lejos
8 Paúl Ruiz No tiene bicicleta
9 Anónimo Vive lejos
10 Jessica Morales Vive Lejos
11 Salomé Idrobo Vive lejos
12 Adrián Yepez No le gusta manejar bicicletas
13 César Palmay
Porque no existen vías especiales para que transitar
con seguridad
14 Jorge Sarango Por el clima
15 David Ramírez Requiere de mucho esfuerzo Físico
16 Moorilú Chuico No puede manejar muy bien
17 Fausto Carrera Prefiere transportarse en automóvil
18 Marcelo Llugsi Vive muy lejos y por las cuestas
19 Madelyne Carrera Vive muy lejos y por las cuestas
20 Carmen Ochoa No cuenta con tiempo
21 Estefanía Arámbulo Porque es incómodo
22 Dayana Clanjoy Por hay muchas cuestas
23 Estefanía Zuleta Porque hay muchas cuestas
24 José Dávila
Porque no existen vías especiales para que transitar
con seguridad
25 Jacqueline Chicaiza No puede manejar bicicletas
Viven lejos Hay muchas cuestas No hay Vías exclusivas otros
11 2 2 10
44,00% 8,00% 8,00% 40,00%
3. ¿Dispone usted de una bicicleta?
SI NO
Si su respuesta es negativa pase a la pregunta 5.
Tabla A 2.4. Pregunta 3
Nombre Sí No
1 Juan Chiriboga x
2 Marcos Morales x
3 Daniel Peralta x
4 José Calderón x
5 Marco León x
6 Michael Campoverde x
7 Ricardo Racines x
8 Renato Garrido x
9 Marco Morales x
10 Santiago Araujo x
11 Lucio Rojas x
12 Diana Oña x
13 Dina Ibadongo x
14 Belén Andrade x
15 Paúl Ruiz x
16 Byron Loarte x
17 Anónimo x
18 Jessica Morales x
19 Salomé Idrobo x
20 Adrián Yepez x
21 César Palmay x
22 Juan Villacís x
23 Jorge Sarango x
24 David Ramírez x
25 Christian Montenegro x
26 Christian Calvachi x
27 Hugo Gangotena x
28 Moorilú Chuico x
29 Fausto Carrera x
30 Pamela Díaz x
31 José Cuichán x
32 Marcelo Llugsi x
33 Pablo Herrera x
34 Madelyne Carrera x
35 Carmen Ochoa x
36 Estefanía Arámbulo x
37 Dayana Clanjoy x
38 Estefanía Zuleta x
39 Celia Andrade x
40 Gabriel Vizuete x
41 Jairo Revelo x
42 Pablo Salamea x
43 Santiago Morales x
44 José Dávila x
45 Joaquín Sanango x
46 Luis Herrera x
47 Santiago Álvarez x
48 Alejandro Santillán x
49 Jacqueline Chicaiza x
50 Kleber Quinga x
51 Cristian Quishpe x
Sí No
36 15
70,59% 29,41%
4. SI DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a instalar en esta un
sistema de propulsión que facilite su trasporte?
SI NO
Si su respuesta es afirmativa pase a la pregunta 6. Caso contrario GRACIAS por
su colaboración.
Tabla A 2.5. Pregunta 4
Nombre Sí No
1 Juan Chiriboga x
2 Marcos Morales
3 Daniel Peralta x
4 José Calderón x
5 Marco León
6 Michael Campoverde x
7 Ricardo Racines x
8 Renato Garrido
9 Marco Morales x
10 Santiago Araujo x
11 Lucio Rojas x
12 Diana Oña x
13 Dina Ibadongo x
14 Belén Andrade x
15 Paúl Ruiz
16 Byron Loarte x
17 Anónimo x
18 Jessica Morales x
19 Salomé Idrobo x
20 Adrián Yepez
21 César Palmay x
22 Juan Villacís x
23 Jorge Sarango x
24 David Ramírez x
25 Christian Montenegro
26 Christian Calvachi
27 Hugo Gangotena x
28 Moorilú Chuico
29 Fausto Carrera x
30 Pamela Díaz
31 José Cuichán x
32 Marcelo Llugsi x
33 Pablo Herrera x
34 Madelyne Carrera x
35 Carmen Ochoa
36 Estefanía Arámbulo
37 Dayana Clanjoy x
38 Estefanía Zuleta x
39 Celia Andrade x
40 Gabriel Vizuete
41 Jairo Revelo
42 Pablo Salamea x
43 Santiago Morales
44 José Dávila x
45 Joaquín Sanango x
46 Luis Herrera
47 Santiago Álvarez x
48 Alejandro Santillán
49 Jacqueline Chicaiza x
50 Kleber Quinga x
51 Cristian Quishpe x
Sí No
27 9
75,00% 25,00%
5. SI NO DISPONE DE UNA BICICLETA ¿Estaría dispuesto a adquirir una?
SI NO
Si su respuesta es negativa GRACIAS POR SU COLABORACIÓN
Tabla A 2.6. Pregunta 5
Nombre Sí No
1 Marcos Morales x
2 Marco León x
3 Paúl Ruiz x
4 Adrián Yepez x
5 Christian Montenegro x
6 Christian Calvachi x
7 Hugo Gangotena x
8 Moorilú Chuico x
9 Pamela Díaz x
10 José Cuichán x
11 Marcelo Llugsi x
12 Carmen Ochoa x
13 Estefanía Arámbulo x
14 Gabriel Vizuete x
15 Jairo Revelo x
16 Santiago Morales x
17 Luis Herrera x
18 Alejandro Santillán x
Sí No
14 4
77,78% 22,22%
SI SU RESPUESTA ANTERIOR ES AFIRMATIVA:
Instalaría el
sistema de
Propulsión
No instalaría el
sistema
de propulsión
Tabla A 2.7. Extensión de la pregunta 5
Nombre Instalaría el sistema de
Propulsión
No instalaría el
sistema de
Propulsión
1 Marcos Morales x
2 Marco León x
3 Paúl Ruiz x
4 Christian Montenegro x
5 Christian Calvachi x
6 Hugo Gangotena x
7 Pamela Díaz x
8 José Cuichán x
9 Estefanía Arámbulo x
10 Gabriel Vizuete x
11 Jairo Revelo x
12 Santiago Morales x
13 Luis Herrera x
14 Alejandro Santillán x
Sí No
12 2
85,71% 14,29%
6. Cuál es la distancia aproximada que recorre diariamente:
¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨
Nota: De esta pregunta en adelanta se tomarán en cuenta tan solo a las personas
que estarían dispuestas en incorporar un sistema de propulsión neumático en su
bicicleta.
Tabla A 2.8. Pregunta 6
Nombre
Km
diarios
1 Juan Chiriboga 30
2 Marcos Morales 10
3 Daniel Peralta 6
4 José Calderón 10
5 Marco León 12
6 Michael Campoverde 4
7 Ricardo Racines 26
8 Renato Garrido 6
9 Marco Morales 6
10 Santiago Araujo 8
11 Lucio Rojas 26
12 Diana Oña 26
13 Dina Ibadongo 26
14 Belén Andrade 18
15 Byron Loarte 20
16 Jessica Morales 26
17 Salomé Idrobo 10
18 César Palmay 20
19 Christian Montenegro 15
20 Christian Calvachi 10
21 Pamela Díaz 20
22 José Cuichán 30
23 Pablo Herrera 22
24 Madelyne Carrera 14
25 Estefanía Arámbulo 20
26 Dayana Clanjoy 20
27 Estefanía Zuleta 12
28 Celia Andrade 20
29 Gabriel Vizuete 6
30 Jairo Revelo 6
31 Pablo Salamea 6
32 Santiago Morales 6
33 José Dávila 6
34 Joaquín Sanango 12
35 Luis Herrera 12
36 Alejandro Santillán 20
37 Jacqueline Chicaiza 14
38 Cristian Quishpe 20
Hasta 10 km De 11 a 20 km Más de 20 km
14 16 8
36,84% 42,11% 21,05%
7. Cuanto tiempo se demora en ir a su destino
15 minutos a 30 minutos________ 31 minutos a 1 hora_________ 1 hora o
más________
Tabla A 2.9. Pregunta 7
Nombre 15 a 30 minutos 31 min. a 1 hora
1 Hora o
más
1 Juan Chiriboga x
2 Marcos Morales x
3 Daniel Peralta x
4 José Calderón x
5 Marco León x
6
Michael
Campoverde x
7 Ricardo Racines x
8 Renato Garrido x
9 Marco Morales x
10 Santiago Araujo x
11 Lucio Rojas x
12 Diana Oña x
13 Dina Ibadongo x
14 Belén Andrade x
15 Byron Loarte x
16 Jessica Morales x
17 Salomé Idrobo x
18 César Palmay x
19
Christian
Montenegro x
20 Christian Calvachi x
21 Pamela Díaz x
22 José Cuichán x
23 Pablo Herrera x
24 Madelyne Carrera x
25 Estefanía Arámbulo x
26 Dayana Clanjoy x
27 Estefanía Zuleta x
28 Celia Andrade x
29 Gabriel Vizuete x
30 Jairo Revelo x
31 Pablo Salamea x
32 Santiago Morales x
33 José Dávila x
34 Joaquín Sanango x
35 Luis Herrera x
36 Alejandro Santillán x
37 Jacqueline Chicaiza x
38 Cristian Quishpe x
15 a 30 minutos 31 min. a 1 hora 1 Hora o más
12 14 12
31,58% 36,84% 31,58%
8. Su edad está entre los:
Tabla A 2.10. Pregunta 8
Nombre 15 - 25 años 26 - 35 años Más de 36 años
1 Juan Chiriboga x
2 Marcos Morales x
3 Daniel Peralta x
4 José Calderón x
5 Marco León x
6 Michael x
15 – 25 años
26 – 35 años
Más de 36 años
Campoverde
7 Ricardo Racines x
8 Renato Garrido x
9 Marco Morales x
10 Santiago Araujo x
11 Lucio Rojas x
12 Diana Oña x
13 Dina Ibadongo x
14 Belén Andrade x
15 Byron Loarte x
16 Jessica Morales x
17 Salomé Idrobo x
18 César Palmay x
19
Christian
Montenegro x
20 Christian Calvachi x
21 Pamela Díaz x
22 José Cuichán x
23 Pablo Herrera x
24 Madelyne Carrera x
25
Estefanía
Arámbulo x
26 Dayana Clanjoy x
27 Estefanía Zuleta x
28 Celia Andrade x
29 Gabriel Vizuete x
30 Jairo Revelo x
31 Pablo Salamea x
32 Santiago Morales x
33 José Dávila x
34 Joaquín Sanango x
35 Luis Herrera x
36 Alejandro Santillán x
37
Jacqueline
Chicaiza x
38 Cristian Quishpe x
15 - 25 años 26 - 35 años Más de 36 años
34 3 1
89,47% 7,89% 2,63%
ANEXO B
“SIMULACIÓN DE LA ENERGÍA DEL AIRE
COMPRIMIDO POR UNIDAD DE PESO”
B.1. SIMULACIÓN 1
Tabla B.1. Datos Técnicos Cilindro Neumático (Simul ación 1)
B.1.1. Formulario
¦B#�#Í@ � �5_Â_]�KL " z " ¼KF5LKK_�1
Tabla B.2. Resultados de cálculo (simulación 1)
¶*>Bzí# � ¦B#�#Í@�@*�%A@
¶*>Bzí# � 84697,25 ô Aq:
B.2. SIMULACIÓN 2
Tabla B.3. Datos Técnicos Cilindro Neumático (Simul ación 2)
Diametro: 32 mm
Presión: 80 psi
Cilindro Neumático
Fuerza Cilindro: 99,72 lbs 45,3273 kg
Distancia Rec: 400 mm 0,4000 m
Consumo : 0,072 ft3 0,0021 m3
Volumen Esp. 6,53 kg/m3 6,53 kg/m3
Trabajo: 177,86 J
Consumo: 0,0021 m3
Diametro: 46 mm
Presión: 40 psi
Cilindro Neumático
Fuerza Cilindro: 103,03 lbs 46,8318 kg
Distancia Rec: 400 mm 0,4000 m
Consumo : 0,082 ft3 0,0023 m3
Densidad: 3,26 kg/m3 3,26 kg/m3
Tabla B.4. Resultados de cálculo (simulación 2)
B.3. SIMULACIÓN 3
Tabla B.5. Datos Técnicos Cilindro Neumático (Simul ación 3)
Tabla B.6. Resultados de cálculo (simulación 3)
B.4. SIMULACIÓN 4
Tabla B.7. Datos Técnicos Cilindro Neumático (Simul ación 4)
Trabajo: 183,77 J
Consumo: 0,0023 m3
Energía: 79899,15 J/kg
Diametro: 30 mm
Presión: 100 psi
Cilindro Neumático
Fuerza Cilindro: 109,56 lbs 49,8 kg
Distancia Rec: 400 mm 0,4 m
Consumo : 0,087 ft3 0,0025 m3
Densidad: 8,16 kg/m3 8,16 kg/m3
Trabajo: 195,42 J
Consumo: 0,0025 m3
Energía: 78166,08 J/kg
Diametro: 38 mm
Presión: 60 psi
Cilindro Neumático
Fuerza Cilindro: 105,47 lbs 47,9409091 kg
Distancia Rec: 400 mm 0,4 m
Consumo : 0,082 ft3 0,0023 m3
Densidad: 191,13 kg/m3 191,13 kg/m3
Tabla B.8. Resultados de cálculo (simulación 4)
B.5. ENERGÍA PROMEDIO POR UNIDAD DE MASA DEL AIRE C OMPRIMIDO
Tabla B.9. Energía Promedio
Trabajo: 188,12 J
Consumo: 0,0023 m3
Energía: 81791,36 J/m3
ENERGÍA 1 84697,25 J/m3
ENERGÍA 2 79899,15 J/m3
ENERGÍA 3 78166,08 J/m3
ENERGÍA 4 81791,36 J/m3
ENERGÍA PROMEDIO: 81138,46 J/m3
ANEXO C
“ NORMA Y SIMBOLOGÍA NEUMÁTICA”
ANEXO D
“FOTOGRAFÍAS DEL PROTOTIPO”
Vista Lateral del Sistema de Impulsión Neumático
Vista del Cilindro Neumático y el Acumulador
Vista Frontal de la Bicicleta Neumática
Vista del Sistema de Propulsión
Válvula reguladora de Presión Acumula dores de Aire Comprimido
Cilindros Neumáticos y Sistema de Movimiento Mecáni co
ANEXO E
“HOJAS DE PROCESOS”
ANEXO F
“PLANOS DE LA BICICLETA NEUMÁTICA”
ANEXO G
“PLANOS DE MONTAJE DE LA BICICLETA
NEUMÁTICA”
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