diseÑo, calculos de resistencia para la construccion de...

¡SENA, DE CLASE MUNDIAL¡

Ministerio del Trabajo

SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE

Plazoleta La Previsora Calle 57 No. 8-69 - www.sena.edu.co - A.A. 53329 - Fax 546 15 51 – PBX: 546 15 00 Bogotá- D.C. Colombia

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DISEÑO, CALCULOS DE RESISTENCIA PARA LA CONSTRUCCION DE UN

VEHICULO ELECTRICO

REGIONALARAUCA

Responsables: CARLOS ULISES DIAZ SANABRIA

Subdirector: CRISTIAN MAURICIO GALLEGO

Instructores: GERSON MENA

DANIEL CRISTANCHO OSCAR VILLALBA

CENTRO GESTION Y DESARROLLO AGROINDUSTRIAL DE ARAUCA





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ARAUCA, 05 de Octubre de 2012

Introducción El desarrollo de proyectos donde los aprendices coloque en práctica todos sus

conocimiento, habilidades y destrezas permite garantizar que los procesos de

formación finalicen con un nivel de calidad optimo, y con un grado de satisfacción

positivo por parte de los aprendices porque ven reflejados sus conocimientos

adquiridos, esfuerzo y dedicación en un producto tangible, y además permite la

integración y participación de los diferentes equipos de trabajo interdisciplinarios

que se puedan establecer durante el proceso de formulación y desarrollo de

proyecto formativos.

Por otra parte, la ejecución de este tipo de proyecto, estimula el trabajo en equipo

la investigación continua y el desarrollo de la creatividad e ingeniosidad para la

solución de problemas vividos durante la fase de ejecución del proyecto, que hace

que los procesos de formación integral sean exitosos y se vean reflejado

posteriormente en la calidad vida de los aprendices.





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I. Información General

1. Regional: Arauca 2. Centros Participante: Centro de Gestión y Desarrollo Agroindustrial de

Arauca 3. Nombre del Equipo: Los Araucos

Perspectiva del prototipo propuesto por la Regional Arauca.





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II. Plan de Proyecto

Equipo Los Araucos Está conformado por los siguientes integrantes, que son Instructores Sena y asesores externos.

NOMBRE ROL PROFESION ACTIVIDAD DE

DESEMPEÑO DEBILIDADES FORTALEZAS

FELIX PINILLA Asesor Experto Externo

Ingeniero Electricista

Gerente Propietario Motores FITV

Disponibilidad de tiempo.

Experiencia en motores eléctricos y variadores de potencia

DANIEL ANGEL CRISTANCHO

Experto en Soldadura

Tecnólogo en Mantenimiento Mecánico Industrial

Instructor Sena en Soldadura

Instructor Contratista

Amplia experiencia en proceso de soldadura y trabajo en metalmecánica

GERSON FINES MENA

Experto en Mecatrónica

Ingeniero Mecatrónico

Instructor Sena Mecatrónica automotriz


Experiencia en electrónica de potencia y control de motores usando PWM

LILDER LAND DIAZ

Asesor experto Externo

Técnico En electrónica

Mantenimiento de Motores eléctricos

Disponibilidad de tiempo

Amplia experiencia en mantenimiento electrónica y motores eléctricos

JORGE ENRIQUE RODRIGUEZ CAMPO

Asesor Experto Externo

Empresario Gerente propietario de Fibrallano

Disponibilidad de Tiempo

Amplia experiencia en desarrollo de proyectos en fibra de vidrio y extrusado de plástico

OSCAR VILLAVA Experto en Seguridad

Ingeniero Industrial

Instructor Sena


Experiencia en mapa de riesgos





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Industrial Seguridad Industrial

y estudio y mitigación de impacto ambiental

HECTOR ENRIQUE DIAZ

Asesor Experto externo

Ingeniero Civil Msc en estructuras

Gerente Propietario Hd Estructuras

Disponibilidad de tiempo

Amplia experiencia en diseño estructural

MICHAEL GARCIA

Aprendiz Estudiante Mecatrónica Automotriz

Aprendiz Sena Falta de experiencia en proceso similares

Disponibilidad de tiempo y voluntad.

FREDDY GEREDA

Aprendiz Estudiante Mecatrónica automotriz

Aprendiz Sena Disponibilidad de tiempo

Experiencia en mantenimiento mecánico automotriz

CARLOS ULISES DIAZ

Coordinador Equipo de trabajo

Ingeniero Mecánico. Especialista en estructuras metálicas

Instructor Sena Mecatrónica Automotriz

No contar con todos los equipos requeridos para el proceso de fabricación de vehículo dentro del centro

Experiencia en diseño de estructuras metálicas y mantenimiento mecánico automotriz

:





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Objetivo General

Diseñar, calcular y construir un vehículo de competición totalmente eléctrico,

que cumpla con todos los estándares de seguridad automotriz y calidad en

proceso de fabricación.

Objetivo Especifico.

- Diseñar un plan de trabajo de acuerdo al cronograma de actividades que

permita desarrollar cada una de las actividades planteadas en el tiempo

previsto

- Coordinar y delegar las actividades según la metodología planeada, a los

diferentes programas de formación comprometidos con la ejecución del

proyecto.

- Coordinar y supervisar cada uno de los proceso de contratación de insumos

y materiales, requeridos para la elaboración del monoplaza

- Coordinar y ejecutar los diferentes procesos planeados para el desarrollo

del proyecto

- Controlar los diferentes procesos de ejecución del proyecto, desde el punto

de vista de calidad y seguridad apoyándose en los mapas de riegos

diseñados y en los formatos de control de calidad establecidos para el

desarrollo de proyecto.

- Integrar cada programa de formación vinculado para el desarrollo del

proyecto.





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Estrategia de Mercadeo. La estrategia planteada por nuestro equipo, para la consecución de algunos

recursos y difusión, está basada en la estrategia del marketing viral, usando

para ello cada uno de los aprendices de los diferentes centros de la regional

Arauca, apoyado en las tic´s , en las redes sociales, y las diferentes

plataformas que tiene a disposición el Sena a nivel Nacional.

Con esta estrategia, pretendemos llegar a las diferentes estancias y medios

del orden departamental, sobre todos aquellos que estén comprometidos con

los procesos de formación y la calidad de la misma, lo cual implicaría la

vinculación de la industria y las empresas que hacen parte de este segmento

de mercado.

Para el caso nuestra regional, la coordinación estará a cargo del líder del

proyecto y el acompañamiento lo haría los grupos del programa de tecnología

en mercadeo, junto con el área de emprendimiento, apoyados en la estrategia

de mercado y en las herramientas que hacen parte de las Tic´s y que se tiene

a disposición en el SENA

Estrategia Comercial La estrategia comercial planeada por nuestro equipo está basada en la

innovación, la mejora continua de nuestro producto, y en la calidad tanto de

los materiales e insumos requeridos para su fabricación, como la de los

procesos de elaboración de producto, lo que nos permitirá, marcar una pauta





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de diferencia frente a los demás, sin dejar a un lado que la propuesta cuenta

con crear proceso de producción con cero accidentes, evidenciado un

sistema producción limpia, con cumplimientos de todos los estándares de

seguridad dentro la cadena de producción.

A nuestros proveedores, le realizaremos un estudio previo donde nos permita

analizar, factores que en un momento dado podría llegar a afectar nuestro

cumplimiento en la ejecución del proyecto, además que se tendrá en cuenta

los costo de materiales, cumplimiento de entrega en el sitio requerido y

capacidad, manejando siempre del criterio de la mejor calidad apara nuestro

producto, con el mejor precio del mercado.

La Coordinación del proceso, estará a cargo de líder del proyecto, quien hará

la solicitud ante el coordinador académico, explicando las necesidades y

requerimientos técnicos, para que este trámite sea solicitado

inmediatamente ante el coordinador Administrativo y financiero, quien hará

los procesos de contratación requeridos para la adquisición de los insumos y

materiales. Siempre y cuando exista la disponibilidad presupuestal de los

recursos en el centro, esto en lo que hace referencia a los recursos aportados

por la dirección nacional del Sena, para los recursos externos logrados a

manera de patrocinio, apoyo u aportes, se organizara un comité, que estará a

cargo de recibir los bienes y servicios que logre gestionarse ante entes

externos a la institución.

Estrategias de Operación.

Se diseño teniendo en cuenta una matriz DOFA realizada sobre cada uno de los

proceso requeridos en las diferentes etapas de elaboración de nuestro producto,

para lo sé enfatizo sobre algunas debilidades que se poseen en el centro, pero





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que se proyecto subsanar con empresas externas que quieran vincularse como

patrocinadores de la formula eco.

El producto será elaborado en las instalaciones del Centro de gestión y Desarrollo

Agroindustrial de Arauca, que cuenta con aula talleres de Mecatrónica Automotriz,

Ambientes de soldadura, con equipos de muy buena tecnología, para procesos

MIG, SMAW y TIG, además que se cuenta con algunos equipos para procesos

especializados, como un torno con fresadora, taladros industriales, un laboratorio

de electrónica y electricidad y aula de hidráulica, el centro cuenta con un área

amplia destinada a mecánica de patio, donde se podría ensamblar y elaborar cada

una de a partes del vehículo.

Estrategia Administrativa y financiera

El éxito de la viabilidad del proyecto radica, en la motivación de toda regional en

cuanto al área administrativa y de formación, de manera que se observe el

compromiso de cada una de las dependencias para realizar las actividades y

tareas en el menor tiempo previsto, y además encontrar el acompañamiento en

todos los aspectos implicados en el desarrollo de la metas trazadas. Por ello una

vez lograda la motivación se ejecutara el plan de compras establecido, de todos

los componentes requeridos con previa cotizaciones actualizadas, se solicitara a

coordinación académica, para que este haga la respectiva solicitud al área

administrativa y financiera, para lo cual todos deben conocer la magnitud del

proyecto que permita encontrar en este área un compromiso y pertenencia frente

a este tipo de propósito el cual debe ser de toda la regional, encabezada por el

señor director, de manera que en el menor tiempo posible se viabilice el plan de

compras y se realice la contratación de los elementos requeridos, donde para

agilizar los procesos se hará, mediante un comité organizado por el equipo del

formula eco, la invitación a los proveedores quienes ya conocen sobre el proyecto

a ejecutar.

Las compras serán manejadas directamente por coordinación administrativa y

financiera, que asignará un interventor del contrato, preferiblemente, deberá ser un





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integrante del equipo del proyecto que conozca las características de los

materiales e insumos requeridos y contratados, para posteriormente ser

entregados a líder del proyecto que viabilice la ejecución del mismo. Los recursos

externos logrados a manera de patrocinio, apoyo u aportes, entraran a la

institución a manera de bienes o servicios, para lo cual se organizara un comité,

que estará a cargo de recibir y supervisar el aprovechamiento al máximo de los

recursos gestionado y obtenidos a partir de los patrocinadores o entes externos a

la institución.

Sistema Integrado de gestión SENA

Durante todo el proceso de desarrollo del proyecto, que comenzó con la

realización de una propuesta, se planteo el trabajar bajo los lineamientos

del sistema integrado de gestión del Sena, por lo cual, dentro el diseño se

planteo partir del uso de los materiales de la mejores calidades, requeridos

en el sistema estructural, eléctrico, aerodinámico, frenos y suspensión.

Controlando los mas mínimos detalles y características de todos los insumo

y materiales requeridos, y la utilización y optimización de los recursos

requeridos durante la fabricación de cada uno de los sistemas involucrados

del proyecto.

Por otra parte, se diseño con material totalmente amigable con el medio

ambiente, cuyos residuos no alteraran ni causara afectación alguna a los

ecosistemas donde se pueda interactuar con el desarrollo del producto y

con el mismo. Cabe destacar también, que todos los materiales usados en

la construcción del monoplaza, son reciclables por lo que se garantizara

que al finalizar el producto obtenido es altamente amigable con la

naturaleza.

En cuanto a los procesos de fabricación que tendrán que desarrollarse para

ver elaborado el producto, se tendrá a disposición de los integrante del





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equipo un plan de trabajo con todas las normas de seguridad y ergonomía

establecidas y un mapa de riesgo de las diferentes situaciones que puedan

proveerse durante la ejecución del proyecto en planta, que será estudiado

y analizado cada vez que se considere necesario. Además el diseño a

construir cumplirá con todas las normas de seguridad automotriz,

establecida para fabricantes de vehículos de alta gama de velocidad, de

manera que brindara seguridad al piloto y cada participante de la carrera a

la cual será sometido nuestro producto. Nuestro caso en diseño se le

analizo hasta el mas mínimo detalle que pueda genera un riesgo a su

ocupante o a los participante, es decir se analizaron los riesgos interno y

externos, para bosquejar el diseño más apropiado y seguro

.

En conclusión el producto diseñado cumple con todas las normas de

seguridad establecidas para Vehículo de alta gama de velocidad por que

será un producto “Seguro, confiable y garantizable.

III. Diseño

El diseño propuesto para el caso de nuestro monoplaza, parte de las

recomendaciones técnicas sugeridas por la formula SAE, y algunas

sugerencias técnicas de la formula cars, del cual se tomaron unas series

de puntos de referencias, que nos permitieran bosquejar finalmente nuestro

propio diseño, que fue simulado una vez realizada la estructura en el

software staad pro, obteniendo resultados positivos en cuanto a cargas

dinámicas simuladas sobre cada uno de los puntos críticos presentes en la

estructura, los que nos genera confianza en cuanto a seguridad en el

diseño estructural, permitiendo afirmar que la propuesta cumple con los





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requerimientos técnicos para la construcción de vehículos de competición a

altas velocidades.

Por otra parte, se analizaron diversos sistemas de suspensión, sistema de

transmisión de potencia y e dirección, para inclinarnos finalmente por los

propuestos a continuación:

. La Aerodinámica. Tendrá un casco elaborado en fibra de vidrio y un porcentaje en

poliuretanos, con el espesor estrictamente necesario de manera que genere

el menor peso posible por área cubierta, y que cumpla con todas la normas

establecida en aerodinámica para autos de alta gama de velocidad y

competición, brindando la seguridad requerida por el piloto y cada uno de

los participante, en caso de que exista una eventualidad que comprometa la

integridad física de los mismo, además, se propuso el usos de este

material, considerado amigable con el medio ambiente y todos sus

componentes son reciclables. En cuanto a análisis realizado, se tuvieron en

cuenta aspectos fundamentales como la fricción causada por el aire sobre

el casco, por lo que se determino usar una película de pintura a base de

poliuretanos que permita garantizar la superficie mas liza posible y que

brinde la menor resistencia a la fricción por aire, como también se analizo

los diferentes resistencias al paso del aire presentada por el vehículo, que

afectaría la aerodinámica y la velocidad del mismo, diseñándose por tanto

los elementos que ayudarán a reducir las grandes fuerza que afectan el

sentido de flujo del vehículo, sin desconocer para ello las diferente fuerzas

creadas por la corrientes de aire que también son útiles para mantener el

sustentado el monoplaza sobre el piso. El diseño propuesto fue simulado

en software, mostrando unos comportamientos aerodinámicos aceptables





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y que una vez elaborado se someterá a cabinas de aerodinámica, para

realizarle los ajustes pertinentes.

El Chasis. La estructura propuesta para nuestro monoplaza, se proyecto con un

material que brinde el menor peso posible y las mejores propiedades

mecánicas a la resistencia de materiales, proponiéndose inicialmente

aleaciones de aluminio, con diámetros estrictamente necesario para

soportar las cargas estáticas y dinámicas a la cuales será sometido,

generadas por un peso de aproximadamente de 480 kgf correspondiente

al peso del vehículo y del piloto, calculado con los márgenes de seguridad

establecida por la normas que rigen los diseños, para cuando se superan

velocidades de 200 km/h, incluyendo el peso el piloto que no debe superar

para nuestro caso los 80 kgf, estas cargas dinámicas serán recibidas por la

estructura a través del sistema de suspensión, Por lo que se diseño para

esta zona un refuerzo de materiales que soportaran cargas dinámicas

puntuales de aproximadamente 1200kgf, por ello, se proyecto realizar las

uniones de las estructuras metálicas a través de soldadura, usando el

proceso Mig y posteriormente un tratamiento térmico, para realizar alivio de

tensiones producto de los cambios bruscos de temperatura en el proceso

de soldeo.

La estructura propuesta, tiene las siguientes características:

Longitud Total: 318 mm

Longitud entre ejes: 200 mm

Ancho Borde externo de llanta: 176 mm

Altura piso al casco:





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Vista superior del chasis.

La suspensión. La suspensión elegida para este monoplaza, fue el sistema de push rod,

que según la experiencia analizada, es un sistema que brinda todos los

estándares de seguridad que se requieren para circuitos automovilísticos de

altas velocidades, y además que por sus característica ofrece la menor

resistencia aerodinámica y mayor estabilidad del vehículo, usando un

amortiguador con muelle que trabajara a compresión. Por otra parte, es

unos de los sistemas que presenta la menor dificultad para su proceso de

elaboración.





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Sistema de suspensión Push Rod

El Sistema Motriz.

El sistema motriz propuesto para vehículo en diseñado, por su peso y

características se selecciono un motor eléctrico para corriente continua, con

capacidad de generación de 41 hp a 7000 rpm, usando para ello un voltaje

de 84 v, aportado por baterías Nihm, conectadas en serie, regulado por un

variador de potencia, el eje del motor estará conectado a un diferencial

cuyo speed corona permitirá con su relación alcanzar los 150 km/h en un

tiempo según nuestros cálculos en aproximadamente 6 segundos,

controlando su velocidad a través de un variador de potencia.

Sistema de Frenos

Para el monoplaza, por su peso y condiciones aerodinámicas, se diseño un

sistema de frenos hidráulicos de discos en las cuatro ruedas, ventilados

por la aerodinámica del vehículo, y controlado por el piloto a través de un

pedal que ejercerá una presión hidráulicas sobre el sistema de mordaza de

las cuatro llantas. Cabe destacar que este sistema no contara con nigusn





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sistema electrónico, por lo que pisado a fondo el monoplaza derrapara su

cuatro llantas causando desgaste en la misma, los que si podríamos

controlar serian las presiones sobre los pistones de las mordazas

dependiendo de las necesidades donde se proyecte correr el móvil.

La Dirección.

La dirección proyectada para nuestro móvil, es una dirección mecánica, tipo

cremallera, que será adaptada directamente al chasis, a la que le

controlaremos el sistema de engrane de manera que el radio de giro

máximo sea controlado con 180 grados de giro del volante, para garantizar

una maniobrabilidad del monoplaza a altas velocidades.

El Habitáculo.

El habitáculo fue diseñado solo para una persona, el cual brindara la

ergonomía y la seguridad para el piloto en competencia, donde el tendrá la

postura sugerida para vehículos de competición.





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Además se contemplo cada uno de los elementos de seguridad sugeridos

por las normas que rigen el diseño y construcción de vehículos de

competición de alta gama de velocidad.

Diseños

Resultado de simulación de cargas Aerodinámicas.





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Plano del Vehículo diseñado.

Vistas del Modelo planteado por la Regional Arauca

Vista Superior de la estructura





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Vista superior con casco Vista de Perfil





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Otras Imágenes

Vista superior con casco





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Vista lateral trasera del Diseño

IV. Programas de Formación

Los subproyectos generados.

A partir del diseño realizado se genero subproyectos donde se involucra

diferentes programas de formación, como el caso de Soldadura, quien

serán los responsable de la elaboración de la estructura o chasis, el

Subproyecto eléctrico, involucra a los aprendices del programa en

electricidad industrial, y electrónica, la construcción y montaje de sistema

de transmisión de potencia, suspensión, y frenos, involucra a los aprendices

del programa de mecatrónica automotriz, y los encargado del diseño

publicitario y la captación de recursos provenientes de patrocinadores

estará a cargo de el programa de administración.

Los programas de formación involucrados en proceso de elaboración del

producto final serian:

Tecnólogos en mantenimiento Mecánico automotriz

Tecnólogos en Electricidad industrial

Tecnólogos en mantenimiento Electromecánico

Técnicos en electrónica

Técnicos en soldadura

Tecnólogos en administración.

A los aprendices de articulación, los vincularíamos dentro de la estrategia

de mercadeo propuesta, creando foros, blogger, pagina web y facebook,





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opinando u aportando sobre el producto diseñado y proyectado a realizarse

en su regional.





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V. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

MESES

ACTIVIDADES

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Diseño y cálculos para el desarrollo del ecosena X Aprobación de presupuesto X Contratación de materiales e insumos y equipos requeridos para el desarrollo del proyecto X X Alistamiento de materiales en los talleres de formación (Trazado y corte) X Elaboración de dobleces de la estructura metálica en prensas hidráulicas X Armado y soldado de la estructura metálica del chasis X Construcción de todos los elementos y componentes del sistema de suspensión X Armado del sistema de suspensión y acoplamiento en el chasis X Construcción del casco en fibra de vidrio X X Pintura del casco de fibra de vidrio X Alistamiento de materiales del sistema de transmisión de potencia X Armado del sistema diferencial de la transmisión de potencia X Alineación y conexión del motor eléctrico con el sistema de transmisión de potencia(Diferencial) X Montaje del conjunto Motor eléctrico y transmisión de potencia en el chasis X Construcción de elementos requeridos para el montaje del sistema de Frenos X Electrónica de potencia X X X X

Pruebas finales X





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Conclusiones

Con la ejecución de proyectos reales, permite al aprendiz afianzar los

fundamentos teóricos y el desarrollo de habilidades y destrezas, que

posteriormente contribuirán con su crecimiento personal en campo laboral.

La creación de propuestas de este tipo, permite al aprendiz visualizar, y

estudiar, nuevos sistemas de producción limpia, que generen un impacto

positivo en su entorno social, de manera que contribuya con la preservación

del ecosistema.

Se pudo observar que con tan solo la elaboración del anteproyecto, se

estimulo el desarrollo de la creatividad y investigación sobre temas que se

hacen de su interés particular, ayudando a su crecimiento intelectual y

personal.

Se encontró que el desarrollo de este tipo de actividades estimula el

crecimiento de trabajo en equipo de manera solidaria, que contribuye con el

fortalecimiento de conocimientos y crecimiento personal en todos los

aspectos.

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