FECHA 15/01/08 NUMERO RAE PROGRAMA...

FECHA 15/01/08 NUMERO RAE PROGRAMA MECATRÓNICA AUTOR ZÁRATE, Milton

DISEÑO DE BANCO DE PRUEBAS PARA MOTOR DE ARRANQUE C5120 DE UNA TURBINA DE HELICE DE FOKKER F-50

PALABRAS CLAVES Motor de arranque, Banco de pruebas, Fokker F-50, MC

5120, Carga variable. DESCRIPCIÓN Este banco de pruebas realiza la prueba de carga variable

necesaria para verificar el correcto funcionamiento del motor de arranque C5120 de una turbina de hélice de fokker F-50.

FUENTES SHIGLEY, Joseph y MISCHKE, Charles. Diseño en BIBLIOGRÁFICAS Ingeniería Mecánica. Mc Graw Hill. Sexta edición.

CHAPMAN, Stephen. Máquinas eléctricas. Mc Graw Hill. Tercer edición. 2000. 768p. Fokker. [ en línea ]. Disponibilidad en www.myfokkerfleet,com Avianca. [en línea ]. Disponibilidad en www.avianca.comGoodrich [en línea]. Disponibilidad en www.goodrich.comFesto [en línea]. Disponibilidad en www.festo.com.coFesto Programa Propneu y Catálogo

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NUMERO RAE PROGRAMA MECATRÓNICA CONTENIDOS

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA MARCO DE REFERENCIA DESARROLLO INGENIERIL

Sistema de carga Selección del sistema medidor del torque en el motor Estructura del banco Análisis de esfuerzos Cálculo de tornillos METODOLOGÍA

1. ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN La investigación tuvo un enfoque empírico analítico, es decir, se tomó como base la información y experiencia adquirida en la práctica, así como los insumos aportados por la aerolínea Avianca. Los documentos que se obtuvieron fueron analizados y posteriormente evaluados para verificar su relevancia en el proyecto. Finalmente se desarrolló un diseño basado en las experiencias, documentos y análisis de trabajos similares, con el objetivo de dar una solución al problema de investigación.

2. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN

• Línea Institucional: Tecnologías actuales y de sociedad • Sublínea de la Facultad: Instrumentación y Control de Procesos • Campo de Investigación: Ingeniería aplicada

3. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN Se aprovechó la experiencia de los ingenieros y técnicos de Avianca que proporcionaron gran parte de la información sobre el tema, además de una asesoría técnica que fue indispensable tener en cuenta para el desarrollo del proyecto. Se llevó un diario de campo en el que fueron registrados todos los avances, nueva información y procesos llevados a cabo durante el desarrollo del proyecto. Se realizaron simulaciones de los diversos sistemas mecánicos para verificar su funcionamiento. Se aprovechó Internet Explorer como una herramienta clave en la Investigación sobre el tema.

4. HIPÓTESIS

En el diseño de un banco de prueba de carga variable se contemplan, inicialmente, dos posibles soluciones para el manejo de las cargas que se colocarán al Motor de arranque. En primer lugar, una carga variable eléctricamente, conectada a un generador que vaya acoplada al Motor de arranque. Esta carga eléctrica se variará según las especificaciones de la prueba.

La segunda hipótesis a estudiar es la de realizar una carga variable mecánica ya sea por medio de frenos, cadenas o bandas que ayuden a variar la carga que especifica el manual de pruebas. Estas dos posibles alternativas fueron estudiadas por eficiencia del diseño, la cual debe considerar factores económicos, necesidad real y desempeño que la máquina va a tener. Por esta razón, antes de escoger una carga eléctrica o mecánica se precisó hacer un profundo análisis de los pro y contra de cada una de las mencionadas posibilidades con el fin de realizar una propuesta ingenieril adecuada a la situación, teniendo en cuenta que en cuestiones de mantenimiento o reparación en el sector de la aviación se debe tener mucha precaución.

5. VARIABLES Variables Independientes

El motor DC serie de 4 polos sobre el cual se van a realizar las pruebas. Los parámetros dados por el fabricante al momento de realizar las pruebas.

Variables Dependientes

Tipos de instrumentos para la medición Materiales a utilizar Controlador a utilizar (micro, PLC, en otros)

CONCLUSIONES A medida que pasa el tiempo y llegan nuevas tecnologías y maquinaria al páis se hace necesario la inclusión de avances propios, es decir, proyectos desarrollados con mano de obra Colombiana para suplir las necesidades de este mercado, puesto que la necesidad de realizar mantenimiento de todo tipo a la maquinaria extranjera se hace cada vez mas necesario debido al desarrollo industrial que ocurre en el país. Gracias a la Ingeniería Mecatrónica y a los conocimientos adquiridos durante su estudio se pudo cumplir con los objetivos planteados al inicio de esta investigación, para poder así resolver el problema planteado, con ayuda de temas como automatización, diseño mecánico y el estudio de motores. En este proyecto se desarrolló principalmente la parte mecánica del banco de pruebas, esto se realizó con la ayuda de libros de diseño mecánico, se hizo el análisis necesario para la construcción del banco de pruebas. Para esto el proyecto en su parte mecánica se dividió en 2 grandes núcleos. El desarrollo del núcleo estructural se llevó acabo con el análisis de las fuerzas estáticas que iban a estar presentes y que deberían ser soportadas por la estructura. Después de haber hecho los cálculos de las fuerzas y esfuerzos que iba a soportar el banco se procedió a validar los cálculos con ayuda de una simulación en el programa ANSYS. Los resultados obtenidos tanto en los cálculos como en la simulación fueron positivos puesto que la estructura se diseñó para que fuera capaz de soportar lo necesario teniendo en cuenta el factor de seguridad escogido de acuerdo con la aplicación y finalmente se puede decir que la estructura cumplirá su tarea.

El segundo gran núcleo, fue el desarrollo del módulo de carga que iba a aplicar el torque necesario para la realización satisfactoria de la prueba. Para esto se tuvieron en cuenta varias soluciones de las cuales por medio de un método cuantitativo y cualitativo de selección, se escogió un modelo que fuera capaz de aplicar la carga necesaria para la realización de la prueba y con la menor cantidad de pérdidas posible. Después de haber realizado los cálculos pertinentes y haber realizado las simulaciones del sistema de carga se llega a la conclusión que el sistema de freno proporciona una solución efectiva, económica y segura para la realización de la prueba. A futuro se pretende emplear este conocimiento sobre pruebas a la compañía Avianca para su inclusión dentro del programa de mantenimiento a las Aeronaves de la flota que manejan. Finalmente con esta prueba se logra reducir el tiempo de mantenimiento en un alto porcentaje, debido a que por la falta del equipo para realizar la prueba en los hangares de Avianca, la prueba era realizada en el exterior, donde los motores podrían durar de 1 a 3 meses en otro país, para la realización de una prueba que no lleva mas de 2 minutos realizar. El banco de pruebas acá desarrollado logra reducir los tiempos de mantenimiento, es resistente y representa una solución efectiva y viable al problema planteado al comienzo de esta investigación.

DISEÑO DE BANCO DE PRUEBAS PARA MOTOR DE ARRANQUE C5120

DE UNA TURBINA DE HÉLICE DE FOKKER F-50.

MILTON ALEXANDER ZÁRATE V

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA Bogotá

2007

DISEÑO DE BANCO DE PRUEBAS PARA MOTOR DE ARRANQUE C5120 DE UNA TURBINA DE HÉLICE DE FOKKER F-50.

MILTON ALEXANDER ZÁRATE VENEGAS

TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE INGENIERO MECATRÓNICO

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA

FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA MECATRÓNICA

Bogotá 2007

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Presidente del jurado

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RESUMEN Titulo: DISEÑO DE BANCO DE PRUEBAS PARA MOTOR DE ARRANQUE

C5120 DE UNA TURBINA DE HÉLICE DE FOKKER F-50.

Resumen: El presente documento pretende exponer una investigación

realizada en base al mantenimiento de los motores de arranque de la turbina

hélice que tienen los aviones Fokker F-50 pertenecientes a la flota de

aeronaves de la compañía Avianca Colombia. Además se presenta una

propuesta sobre la posibilidad de realizar el mantenimiento del motor de

arranque C5120 en los hangares de la compañía con el objetivo de eliminar la

necesidad de enviar estos motores al exterior para que les sean realizadas las

pruebas que determinan el estado de los mismos. Se plantea, entonces,

desarrollar un banco de pruebas de carga variable para medir ciertos

elementos como la corriente, el voltaje y la velocidad que determinan el

funcionamiento correcto o incorrecto del motor con ayuda de varios dispositivos

tanto mecánicos como electrónicos, y así, cumplir a cabalidad con los

requisitos necesarios para que la prueba sea exitosa. Además, vale la pena

señalar que se espera contribuir al desarrollo de la aviación colombiana por

medio de un aporte al proceso de mantenimiento de los motores logrando que

éste se lleve a cabo en el país. Palabras Clave: - Motor de arranque - Banco de Pruebas

- Fokker F-50 - MC 5120

- Carga Variable

CONTENIDO

pág.

INTRODUCCIÓN

1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1

1.1 ANTECEDENTES 1

1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 3

1.3 JUSTIFICACIÓN 4

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 6

1.4.1 Objetivo general 6

1.4.2 Objetivos específicos 6

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO 6

1.5.1 Alcances 6

1.5.2 Limitaciones 7

2. MARCO DE REFERENCIA 9

2.1 MARCO CONCEPTUAL 9

2.1.1 El motor de corriente continua 9

2.1.2 Los metales 10

2.1.3 Frenos y embragues 13

2.1.4 Los actuadotes 14

2.2 MARCO TEÓRICO 15

2.2.1 Motor de arranque C5120 15

2.2.2 Fuente de alimentación 18

2.2.3 Pruebas de carga 19

2.2.4 Posibles fallas en el motor 20

2.2.5 Funcionamiento del sistema de arranque 22

2.2.6 Perfiles y tubos comerciales 27

2.2.6.1 Tubería Mecánica 27

2.2.6.2 Perfiles Estructurales Conduven, Perfilamos y Colmena 29

2.2.6.3 Tubería Conduit 32

2.2.6.3.1 Tubería Conduit de Acero Galvanizada 32

2.2.6.3.2 Tubería Conduit Mecánica Eléctrica (EMT) 32

2.2.6.3.3 Conduit Pintada 33

2.2.6.4 Tubería de Acero SCH 40 Negra y Galvanizada 33

2.2.6.5 Tubería Galvanizada y Negra para la conducción de

fluidos

34

2.2.6.6 Tubería de Cerramiento 34

2.2.6.7 Ángulos grado 50 34

2.2.7 Sistemas de Frenos 37

2.2.7.1 Tipos de Frenos 38

2.2.7.1.1 Freno de Tambor 38

2.2.7.1.1.1 Zapatas 40

2.2.7.1.2 Freno de discos 40

2.2.7.1.2.1 Frenos de disco cerrado 43

2.2.7.1.2.2 Freno de disco exterior 44

2.2.7.1.3 Freno de cinta 45

2.2.7.1.4 Frenos Hidráulicos 46

2.2.7.1.5 Frenos Neumáticos 47

2.2.8 Actuadores 48

2.2.8.1 Cilindros de simple efecto 48

2.2.8.2 Cilindros de doble efecto 49

2.2.8.3 Cilindros con doble vástago 49

2.2.8.4 Cilindros de doble pistón o en tándem 49

2.2.8.5 Cilindros acoplados de acción independiente 49

2.2.8.6 Cilindros sin vástago 50

2.2.8.7 Amortiguación de fin de carrera 50

2.2.8.8 Pistón con imán incorporado 50

2.2.8.9 Fuerza en cilindros 50

2.2.8.10 Consumo de aire en cilindros 51

2.2.9 Sensores 52

2.2.9.1 Torquímetro 53

3. METODOLOGÍA 54

3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN 54

3.2 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN 54

3.3 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN 54

3.4 HIPÓTESIS 55

3.5 VARIABLES 55

3.5.1 Variables Independientes 55

3.5.2 Variables Dependientes 56

4. DESARROLLO INGENIERIL 56

4.1 SISTEMA DE CARGA 56

4.1.1 Tensión compresión con Jockey Pulley 57

4.1.2 Cono de engranes desviados 57

4.1.3 Freno en correa 58

4.1.4 Sistema ambiguo 59

4.1.5 Motor generador

4.1.6 Sistema de Freno

59

60

4.1.7Sistemas a evaluar 60

4.1.8 Cálculo del freno 63

4.1.9 Cálculo del eje de acoplamiento del disco con el

torquímetro

71

4.1.10 Cálculo del sistema de accionamiento del freno 74

4.1.11 Cálculo del caudal de aire consumido por el actuador 78

4.2 SELECCIÓN DEL SISTEMA MEDIDOR DEL TORQUE EN

EL MOTOR

79

4.3 ESTRUCTURA DEL BANCO 86

4.3.1 Cálculos estáticos de la viga 86

4.3.2 Selección del perfil 89

4.3.3 Cálculo de las columnas 92

4.4 ANÁLISIS DE ESFUERZOS 96

4.4.1 Simulación de la máxima deformación y el máximo

esfuerzo en las vigas

96


esfuerzo en las columnas

99

4.4.3 Simulación del máximo y máxima deformación en el freno 102

4.4.4 Análisis completo de la estructura 104

4.5 CALCULO DE TORNILLOS 105

5. CONCLUSIONES 108

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

LISTA DE GRÁFICOS

pág.

GRAFICO 1 Modelo del Banco de Pruebas 4

GRAFICO 2 Modelo de Motor de Arranque C5120 16

GRAFICO 3 Corriente Vs Tiempo en la fuente de

alimentación.

18

GRAFICO 4 Escobillas en buen estado 20

GRAFICO 5 Escobillas recalentadas 21

GRAFICO 6 Motor de arranque en turbo propulsor 23

GRAFICO 7 Alojamiento embrague y motor de arranque 24

GRAFICO 8 Funcionamiento del embrague 26

GRAFICO 9 Ángulo cold rolled 34

GRAFICO 10 Sistema Básico de Frenos 37

GRAFICO 11 Freno de Tambor 38

GRAFICO 12 Partes del Freno de tambor 39

GRAFICO 13 Freno de disco 41

GRAFICO 14 Freno de Banda 45

GRAFICO 15 Funcionamiento del sistema hidráulico 46

GRAFICO 16 Freno hidráulico 47

GRAFICO 17 Funcionamiento sistema neumático. 48

GRAFICO 18 Viga circular bajo torsión 53

GRAFICO 19 Graficas de velocidad, aceleración, presión y

recorrido del actuador

76

GRAFICO 20 Diseño mecánico 81

GRAFICO 21 Modelo electrónico del torquímetro 82

GRAFICO 22 Acoples entre ejes 83

GRAFICO 23 Sugerencia de ensamble 84

GRAFICO 24 Sensor de velocidad torquímetro TQ505 85

GRAFICO 25 Distribución de cargas a lo largo de la viga 87

GRAFICO 26 Diagrama de fuerza cortante 88

GRAFICO 27 Máximo esfuerzo flector 89

GRAFICO 28 Deformación total en la viga 97

GRAFICO 29 Esfuerzo de von-Mises en la viga 98

GRAFICO 30 Factor de seguridad en la viga 99

GRAFICO 31 Deformación total en la columna 100



GRAFICO 34 Máxima deformación en el freno 102

GRAFICO 35 Esfuerzo de von-Mises en el freno 103

GRAFICO 36 Factor de seguridad 104

GRAFICO 37 Máxima deformación en la estructura 105

LISTA DE TABLAS

pág.

TABLA 1 Componentes y características del motor. 16

TABLA 2 Tubería Mecánica Cuadrada 27

TABLA 3 Tubería Redonda 28

TABLA 4 Tubería Mecánica Rectangular 29

TABLA 5 Material de Fabricación de Perfiles Estructurales 30

TABLA 6 Tubos estructurales CONDUVEN ECO –

Sección rectangular

30


Sección Circular

31


Sección Cuadrada

31

TABLA 9 Propiedades Mecánicas 35

TABLA 10 Dimensiones y pesos 36

TABLA 11 Tolerancias dimensionales y de forma 36

TABLA 12 Calificación cualitativa de los sistemas de carga 60

TABLA 13 Calificación cuantitativa de los sistemas de

carga

61

TABLA 14 Calificación cualitativa de los sistemas de freno 62


freno

62

TABLA 16 Geometría de zapata circular de un freno de

yugo

64

TABLA 17 Propiedades físicas de asbesto moldeado rígido 65

TABLA 18 Propiedades físicas de asbesto no moldeado

rígido

66

TABLA 19 Parámetros para un freno de yugo zapata

circular

67

TABLA 20 Resultados de la simulación en el cilindro 75

TABLA 21 Características del sensor de velocidad 85

INTRODUCCIÓN

La aviación Colombiana, desde sus inicios en los años 20, introdujo algunos

aviones, entre ellos el Junker F-13, caracterizados por ser monoplanos de ala

baja y de construcción completamente metálica, cuyos motores debieron

modificarse para poder operar eficientemente en las condiciones climáticas del

país. Esta primera flota de aviones fue inaugurada por la aerolínea Scadta, la

cual en los años 40 y debido a su fusión con Saco, otra empresa similar, dan

origen a la aerolínea Avianca Colombia, reconocida desde un principio por su

iniciativa y gran interés en el desarrollo del país.

Esta compañía ha estado siempre a la vanguardia en lo referente a tecnología

siendo la primera empresa, en toda Latinoamérica, en introducir 747

aeroplanos dentro de su flota, suceso ocurrido hacia los años 70. Actualmente

ésta sigue siendo la compañía líder en la aviación colombiana y cuenta con

aviones como el Boeing 767/757, el MD’s y el Fokker 50/100.

En un principio, el mantenimiento de los aeroplanos de la aerolínea se

realizaba en los talleres de los fabricantes, pero con el paso del tiempo la

compañía se vio en la necesidad de empezar a realizar este proceso buscando

economía de tiempo y capital. En la actualidad, Avianca realiza parcialmente en

sus hangares el mantenimiento de su flota de aviones debido a una ausencia

de tecnología que no permite desarrollar dicho trabajo en su totalidad.

Un ejemplo especifico de los procesos que se deben llevar a cabo por fuera del

país es el diagnóstico de los motores de arranque de corriente directa C5120

localizados en el motor PW125 (de la Pratt & Whitney Canada) del avión

Fokker F-50. En estos momentos Avianca realiza el examen de los C5120 en el

exterior, ya sea porque han cumplido su tiempo de vuelo o porque han

presentado fallas.

Teniendo en cuenta lo anterior, Avianca ha buscado incorporarse más

directamente en el mantenimiento de sus aeronaves y desarrollar un banco de

pruebas para los motores C5120, alimentando la clara intención de la

compañía por innovar en todo sentido.

El desarrollo de esta investigación se constituye en un aporte científico, desde

la Ingeniería Mecatrónica para estudiar, modificar y, ante todo, crear un diseño

de un banco de pruebas de carga variable para un motor de arranque C 5120.

En este sentido, el presente documento contiene, en primer lugar, el

planteamiento del problema, los antecedentes, los objetivos propuestos, las

razones que justifican la investigación y sus alcances y limitaciones. En un

segundo lugar, se desarrollan los marcos de referencia que guiaron el

desarrollo de la investigación. En tercer lugar se presenta el componente

metodológico en donde se describe el enfoque de la investigación, el

planteamiento de las hipótesis trazadas, las técnicas e instrumentos que se

aplicaron para el desarrollo de los procesos de diseño y medición, contenidos

que se desarrollan en el numeral 4. Finalmente se plantean algunas

conclusiones y recomendaciones, en coherencia con los objetivos trazados y

los resultados obtenidos. Se incluye la bibliografía utilizada y se anexan las

listas de gráficos y tablas correspondientes.

1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 ANTECEDENTES En los últimos años, la aviación en Colombia ha tenido un crecimiento

importante y por ende, requiere nuevas herramientas de desarrollo y

perfeccionamiento. Aún así, Avianca Colombia, una de las empresas más

representativas del sector, ha tenido dificultades con algunos de sus procesos.

Esta compañía cuenta con 10 aeronaves Fokker F50 en funcionamiento, a las

cuales se les realizan procesos de mantenimiento, tanto preventivo como

correctivo, en los hangares de esta compañía. Este tipo de avión consta de dos

motores turbo propulsados PW 127B de la Pratt & Whitney Canadá. Dicho

motor de turbina transmite su potencia a la hélice por medio de dos estaciones

de reducción con ayuda de una caja reductora. El corazón del motor esta

compuesto por tres grandes ensambles, compresor de baja, compresor de alta

y el eje de la turbina de poder. Estos no están conectados entre sí, rotan a

diferentes velocidades y giran en direcciones opuestas. Este tipo de diseño se

refiere a un motor de turbina libre, cuya configuración le permite al piloto variar

la velocidad de las hélices independientemente de la velocidad del compresor.

El Motor de arranque C5120, localizado en la caja reductora anexa, realiza el

torque inicial en el motor de alta presión, el cual es el único rotado al iniciar el

motor PW127. Estos motores de arranque son encendidos gracias a unas

fuentes de alimentación especialmente diseñadas para cumplir con las

exigencias requeridas para el funcionamiento de dichos motores.

Avianca, dentro de su planta de mantenimiento, cuenta con fuentes de voltaje

perfiladas y compradas previamente a los proveedores. Un ejemplo de éstas es

la Tronair Model 11-6621-6000, una fuente de 28 voltios DC usada para la

alimentación de los Motores de arranque, caracterizada por ser una fuente

móvil destinada a ser conectada al motor de inicio y así encenderlo para el

arranque del PW 125. En la actualidad, cuenta con 20 Motores de arranque en

uso y con 8 en almacenamiento. La compañía solía realizar en sus hangares

pruebas tanto mecánicas como eléctricas de estos motores, las cuales iban

desde la variación de la carga hasta el rompimiento de la inercia. En dichos

hangares se tienen como referencia unos bancos de pruebas mecánicos,

abandonados y un poco deteriorados por el tiempo que ya no cumplen con los

requisitos para realizar sus funciones. Por esto y desde hace unos años,

Avianca dejó de realizar varios procesos debido a cuestiones de economía,

eficiencia en las pruebas, falta de herramientas, entre otras, y adquirió

paquetes de mantenimiento en los cuales se incluía el de los Motores de

arranque. En otras palabras, ésta tarea es realizada en el exterior, debido a

que Avianca no cuenta con un banco de pruebas debidamente adecuado para

estos procesos.

Actualmente, Colombia como muchos otros países en vías de desarrollo, se

preocupa únicamente por adquirir tecnología y no desarrollarla debido a la falta

de capital humano en el tema y a la escasa inversión por parte del sector

privado en lo que se refiere a investigación, a pesar del alto potencial

intelectual con el que cuenta el país en este aspecto. Teniendo en cuenta lo

anterior, es necesario un nuevo diseño eficaz y económico para que Avianca, la

compañía de aviación líder de Colombia, retome las pruebas, es decir, éstas

sean realizadas en Colombia, y se convierta en una empresa innovadora en la

creación de bancos de prueba en la aviación.

1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

La compañía Avianca Colombia, generó un proceso de modernización de la

planta de mantenimiento, para mejorar la calidad de las aeronaves en el país.

Sin embargo, recurre a plantas en el exterior para la realización del diagnóstico

y mantenimiento del motor de arranque C5120 como en Pratt & Whitney

Canadá PW125B, debido a la carencia de un banco de pruebas sobre el cual

se puedan realizar pruebas confiables del motor de arranque C5120 con cargas

variables que permitan efectuar un mantenimiento adecuado y en menor

tiempo.

En este sentido, se consideró necesario realizar esta investigación para

estudiar, modificar y, ante todo, crear un diseño de un banco de pruebas de

carga variable para un motor de arranque C 5120. De igual manera, se planteó

la necesidad de automatizar esta máquina por vía mecánica y eléctrica,

mediante un diseño mecatrónico, que permita controlar las variables medidas

tales como la velocidad, la corriente, el voltaje y el torque a través de una

tarjeta de control.

Independientemente, de la carga elegida para el diseño final, se planteó

también la necesidad de utilizar algunos instrumentos, para establecer lecturas

de las revoluciones por minuto que entrega el motor a diferentes voltajes,

registrándolos a su vez junto con el torque y la corriente. Se consideró, como

premisa de la investigación, que estos regulan la carga entre si de la siguiente

manera: el motor C5120 tiene que ir conectado a una fuente variable y

acoplado a la carga por medio de un eje previamente diseñado al que se le

conectó un torquímetro, el cual se escogió según especificaciones del diseño.

Este suministró información esencial del torque aplicado al motor, pues también

va conectado a la carga.

Grafico 1. Modelo del Banco de Pruebas

Fuente: Propuesta del autor de la presente investigación

Con base en estas especificaciones, se formuló el siguiente problema de

investigación:

¿Cómo se puede diseñar, entonces, mediante el uso de elementos mecánicos,

un banco de pruebas de carga variable y uso de elementos mecánicos, para el

diagnóstico de los motores de arranque C 5120?

1.3 JUSTIFICACIÓN

Respecto de la utilidad y aporte de ésta investigación, es pertinente señalar,

en primer lugar, que la aerolínea líder en Colombia, Avianca, posee en su flota

de aviones 10 aeronaves Fokker F50 los cuales se encuentran en servicio

continuo recorriendo rutas nacionales. Estas aeronaves poseen dos motores

turbo propulsados PW125 en donde se encuentra un motor de arranque para

iniciar el funcionamiento del mismo. Estos motores deben desarrollar una

fuerza de torque especifica, junto con una velocidad de hasta 8600 RPM

aproximadamente, para garantizar el encendido del PW125. Debido a esto, los

motores de arranque sufren un desgaste programado en ellos por su

funcionamiento.

En segundo lugar, es preciso tener en cuenta que los motores de arranque son

desmontados cada 10.000 horas de funcionamiento aproximadamente, o por

razones de mantenimiento o reparación. Al momento de ser desmontados

deben ser enviados al exterior para realizar los procedimientos señalados. En

tercer lugar, pero quizá la razón más importante, tiene que ver con la

implementación de un banco de pruebas de carga variable para la revisión, ya

sea preventiva o correctiva, sin necesidad de recurrir a los motores que se

tienen en almacenamiento. Por esto es preciso que, si se requiere desmontar el

motor de arranque antes de las horas estipuladas, ya sea para garantizar su

perfecto funcionamiento o para descartar posibles fallas en el PW125, no sea

imperativo ponerlo en almacenamiento debido a la ausencia de una prueba que

verifique su desempeño. De este modo, se busca realizar las pruebas

necesarias para verificar su correcto desempeño, y evitar la engorrosa

necesidad de enviarlos al exterior sin justificación alguna.

En Colombia no existen antecedentes sobre el diseño de bancos de pruebas

para el mantenimiento de estos motores, teniendo en cuenta que solo se

cuenta con los bancos que se encuentran en los hangares de Avianca, pero

debido al deterioro por el uso, son declarados como inservibles, casi inútiles y

por tanto rechazados para ser evaluados como antecedentes. Por esta razón,

Avianca recurre a fuentes externas. Es por esto que el desarrollo de esta

investigación aporta a la implementación del área de mantenimiento de Avianca

en su línea de aviones, además, de abrir el espacio para incursionar en un

campo poco estudiado por la Ingeniería Mecatrónica.

Vale la pena señalar que para la realización de la presente investigación no se

identificaron limitaciones en lo referente a recursos humanos o físicos, debido a

que Avianca proporcionó la información pertinente y necesaria para el

desarrollo de la investigación, además de poner a disposición a sus ingenieros

y técnicos.

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 1.4.1 Objetivo general

Realizar el diagnóstico del motor de arranque C5120 por medio de un banco de

pruebas de carga variable y del uso de elementos mecánicos.

1.4.2 Objetivos específicos

Diseñar una estructura que sea capaz de soportar la carga a la cual va

a estar sometida, debido al peso de los diferentes elementos que va a

contener. Aplicar con ayuda de un sistema mecánico, una carga gradualmente y

que se encuentre dentro de los parámetros de la prueba del motor de arranque.

Seleccionar los materiales pertinentes para la construcción del banco de

pruebas, que no represente un alto costo al momento de su construcción.

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO 1.5.1 Alcances

Se buscó posicionar la disciplina de la Ingeniería Mecatrónica en la Industria

Aeronáutica Colombiana por medio del desarrollo de un banco de pruebas de

carga variable para el Motor de arranque C5120 del motor del avión Fokker

F50, el cual debido a los requerimientos por la empresa diseñadora de dichos

motores y a los reglamentos de aviación, se debe regir por unas cargas tanto

mecánicas como eléctricas, garantes de su funcionamiento.

Con el desarrollo de este proyecto se logró concluir sobre la viabilidad y

posibilidades de construcción del banco de pruebas para la línea de

mantenimiento de la empresa Avianca, diseñando sus partes y comprobando

este diseño mediante simulaciones. Los resultados obtenidos aportan

conocimiento para el desarrollo del mantenimiento aeronáutico en Colombia.

1.5.2 Limitaciones

Debido a que actualmente el mantenimiento de los motores de arranque se

realiza en el exterior fue necesario realizar una investigación bastante extensa

y detallada con el fin de lograr un diseño competitivo y posible.

También se consideró necesario tener en cuenta las normas de calidad

existentes respecto de los lineamientos de ambiente y desarrollo en los cuales

se llevó a cabo el proyecto. En otras palabras, fué importante considerar

algunos factores para que la prueba fuera exitosa y se pudiera declarar válida,

como por ejemplo la humedad del medio y su temperatura., variables difíciles

de controlar. Por esta razón hay que tener cuidado al momento de montar el

banco de pruebas sobre el sitio en el cual se va a ubicar.

Una limitante espacial que tiene el presente proyecto es que, debido a que la

investigación esta centrada en el avión Fokker50, su desarrollo fué únicamente

para los hangares de mantenimiento de Avianca en razón de que esta es la

única aerolínea que cuenta con la aeronave en cuestión.

El uso de este banco de pruebas está limitado para el mantenimiento del motor

de arranque C5120. Esto se debe a las características específicas aquí

desarrolladas como las variables a controlar, la programación del banco y la

carga aplicada. En otras palabras, todas estas diferencias hacen que el banco

sirva únicamente para este tipo de motor. Para otros motores es necesario

reevaluar la constitución del banco y la posibilidad de realizar pruebas a estos.

Adicionalmente, se identificaron otras limitantes generadas por los manuales de

prueba que entrega el fabricante, en los cuales se específica el tipo de prueba

a realizar para corroborar el buen funcionamiento del Motor de arranque. Se

pudo establecer que al motor se le realizan pruebas funcionales, y no se le

hacen pruebas de otro tipo, en las cuales se vean involucrados, por ejemplo, el

desgaste de materiales, debido a que cada material que tiene el Motor de

arranque tiene un ciclo de vida útil por cuestiones de seguridad en la aviación y

por razones del fabricante.

Por esta razón una de las limitaciones más considerables en el proyecto, es

que este se basó en pruebas funcionales para el Motor de arranque, y no de

otro tipo como dieléctricas o de presión, ya que este se diseñará para soportar

pruebas de carga variable, que es importante señalar, son funcionales.

Otro tipo de limitante es la posibilidad de interactuar con el motor de arranque

debido a que la compañía no permite la utilización del motor para realizar

pruebas y validar no solo con simulaciones sino físicamente la actividad y el

funcionamiento del motor en el banco de pruebas. Esta fase requiere la

aprobación en Avianca lo cual arrojaría nuevos datos.

Por otra parte, para el diseño no se consideró limitación económica alguna,

pero es importante señalar que los cálculos estimados para la fabricación del

mismo, giran alrededor de $30000 dólares. Por lo tanto, el proyecto se limitó

solo al diseño. Se construyó el sistema de control del proyecto para poder

realizar simulaciones que aproximen al comportamiento real del sistema.

Por último el diseño del banco de pruebas se limitó al desarrollo mecánico

únicamente, como se especificó en los objetivos.

2. MARCOS DE REFERENCIA 2.1 MARCO CONCEPTUAL 2.1.1 El motor de corriente continua1

Es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente

mediante el movimiento rotativo. En la actualidad existen nuevas aplicaciones

con motores eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con

algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se

conocen como motores lineales.

La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de

regular la velocidad desde vacío a plena carga. Una máquina de este tipo,

generador o motor, se compone principalmente de dos partes, un estator que

da soporte mecánico al aparato y tiene un hueco en el centro generalmente de

forma cilíndrica. En el estator además se encuentran los polos, los cuales

pueden estar devanados sobre la periferia del estator, o pueden estar de forma

saliente. El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado.

2.1.2 Los metales2

Los metales y aleaciones son procesados en diferentes formas mediante

diversos métodos de manufactura. Algunos de los procesos industriales más

1 WIKIPEDIA, la enciclopedia libre. Motor de corriente continua, En: http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continua 2 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA, Materiales Metálicos, propiedades, En: http://www.utp.edu.co/~publio17/propiedades.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Motores_el%C3%A9ctricos

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

http://www.utp.edu.co/~publio17/propiedades.htm

importantes son la fundición, laminación, extrusión, trefilado, embutido y forja,

maquinado y troquelado.

Cuando se aplica un esfuerzo de tensión uniaxial sobre una barra de metal, el

metal se deforma elásticamente, y luego plásticamente produciendo una

deformación permanente. Para muchos diseños, el ingeniero está interesado

en el límite elástico al 0.2% (esfuerzo de fluencia convencional al 0.2%), la

máxima resistencia a la tensión y la elongación o ductilidad del metal o

aleación. Estos valores se obtienen a partir del diagrama esfuerzo-deformación

generado en un ensayo de tracción.

La dureza de un metal también puede resultar importante para la ingeniería, y

comúnmente, las escalas de dureza en la industria son de tipo Rockwell B, C y

Brinell (HB).

La deformación plástica de los metales tiene lugar principalmente por el

proceso de deslizamiento que involucra un movimiento de las dislocaciones. El

deslizamiento usualmente tiene lugar sobre los planos más compactos y en las

direcciones compactas. La combinación de un plano de deslizamiento y una

dirección de deslizamiento constituye un sistema de deslizamiento. Los metales

con un alto número de sistemas de deslizamiento (por ejemplo Cu, Ag, Pt, Ni,

Pb, Al) son más dúctiles que aquellos con sólo unos pocos sistemas de

deslizamiento (como Fe, Cr, V, Mo, W). Muchos metales se deforman con

formación de maclas cuando el deslizamiento es difícil.

Los límites de grano a bajas temperaturas usualmente endurecen los metales

por proporcionar barreras al movimiento de las dislocaciones, sin embargo,

bajo algunas condiciones de deformación a alta temperatura, los límites de

grano se vuelven regiones de debilidad debido al deslizamiento del límite de

grano.

Cuando un metal se deforma plásticamente por trabajo en frío, el metal se

endurece por deformación produciendo un aumento en la resistencia y una

disminución de la ductilidad. El endurecimiento por deformación puede

eliminarse proporcionando al metal un tratamiento térmico de recocido. Cuando

el metal endurecido por deformación es calentado lentamente hasta una

temperatura por encima del punto de recristalización tiene lugar un proceso de

recuperación, recristalización y crecimiento de grano, y el metal se ablanda.

Mediante la combinación de endurecimiento por deformación y recocido,

pueden conseguirse grandes reducciones en la sección de un metal sin

fractura.

La fractura de los metales sometidos a esfuerzos de tracción puede clasificarse

según los tipos de dúctil, frágil y dúctil-frágil.

Un metal también puede fracturar debido a la fatiga si está sometido a una

tensión cíclica y por compresión de suficiente magnitud. A altas temperaturas y

tensiones en un metal puede sobrevenirle termofluencia, o deformación

dependiente del tiempo. La termofuencia de un metal pude ser tan severa que

ocurre la fractura del metal. Existen diversos ensayos para diagnosticar la

fatiga y la falla por termofluencia de los productos manufacturados.

El comportamiento mecánico de los materiales se describe a través de sus

propiedades mecánicas, que son el resultado de ensayos simples e

idealizados. Estos están diseñados para representar distintos tipos de

condiciones de carga. Las propiedades de un material que aparecen

reportadas en diversos manuales, son los resultados de estas pruebas. En

consecuencia, se debe recordar siempre que los valores de los manuales son

valores promedio, obtenidos a partir de pruebas ideales y, por tanto, deberán

ser utilizados con cierta precaución.

El ensayo de tensión describe la resistencia de un material a un esfuerzo

aplicado lentamente. Entre las propiedades importantes están el esfuerzo de

cedencia (el esfuerzo al cual el metal empieza a deformarse de manera

permanente), la resistencia a la tensión (el esfuerzo que corresponde a la carga

máxima aplicada), el módulo de elasticidad (la pendiente de la porción elástica

de la curva esfuerzo-deformación), el porcentaje de elongación y el porcentaje

de reducción de área (siendo ambos medidas de la ductilidad del material).

El ensayo de flexión se utiliza para determinar las propiedades a tensión de

materiales frágiles. De ahí se puede obtener el módulo de elasticidad en flexión

y la resistencia a la flexión similar a la resistencia a la tensión.

El ensayo de dureza mide la resistencia de un material a la penetración y da

una medida de su resistencia al desgaste y a la abrasión. Comúnmente se

utilizan varios ensayos de dureza, incluyendo los ensayos Rockwell y Brinell. A

menudo la dureza se relaciona con otras propiedades mecánicas,

particularmente con la resistencia a la tensión.

El ensayo de impacto describe la respuesta de un material a una carga

aplicada rápidamente. Los ensayos Charpy e Izod son típicos. La energía que

se requiere para fracturar la probeta se mide y puede utilizarse como base de

comparación de diversos materiales, probados bajo las mismas condiciones.

Además, se puede determinar una temperatura de transición por encima de la

cual el material fallará de manera dúctil, en vez de fallar de manera frágil. La

tenacidad a la fractura describe la facilidad con la cual se propaga una grieta o

defecto en un material.

El ensayo de fatiga permite comprender el comportamiento de un material

cuando se le aplica un esfuerzo cíclico. Propiedades importantes incluyen el

esfuerzo límite para fatiga (esfuerzo por debajo del cual nunca ocurrirá la

ruptura), resistencia a la fatiga (el esfuerzo máximo para que la falla ocurra en

un número dado de ciclos) y la vida en fatiga (número de ciclos que resistirá un

material a un esfuerzo dado). También puede ayudar a determinar la vida en

fatiga el conocer la rapidez de crecimiento de las grietas en el material.

El ensayo de termofluencia proporciona información sobre la capacidad de un

material para soportar cargas a altas temperaturas. La rapidez de termofluencia

y el tiempo de ruptura son propiedades importantes obtenidas a partir de estos

ensayos.

2.1.3 Frenos y embragues3

Los frenos y embragues constituyen una parte fundamental del diseño de las

maquinas y, actualmente, es común ver a estos dispositivos relacionados

principalmente con la industria automotriz. Sin embargo, cabe mencionar que a

pesar de la enorme aplicación que tienen en el diseño de cualquier tipo de

automóvil, los frenos y los embragues son también componentes

fundamentales en partes de maquinas herramientas, mecanismos móviles,

aparatos elevadores, turbinas, etc. A continuación se mencionarán los tipos de

frenos y embragues existentes hoy en día, así como lo más reciente en diseño

y tecnología de materiales en la fabricación de estos.

Los embragues son acoplamientos temporales, utilizados para solidarizar dos

piezas que se encuentran en un mismo eje, para transmitir a una de ellas el

movimiento de rotación de la otra, y desacoplarlas a voluntad de un operario

externo, cuando se desea modificar el movimiento de una sin necesidad de

parar la otra. Se halla siempre intercalado entre un motor mecánico o térmico y

el órgano de utilización, a fin de poder parar este último sin que deje de

funcionar el motor.

Los frenos son todo tipo de dispositivo capaz de modificar el estado de

movimiento de un sistema mecánico mediante fricción, pudiendo incluso

detenerlo completamente, absorbiendo la energía cinética de sus componentes

y transformándola en energía térmica. El freno esta revestido con un material

resistente al calor que no se desgasta con facilidad, no se alisa y no se vuelve

resbaladizo.

Los frenos y embragues están completamente relacionados ya que ambos

utilizan la fricción como medio de funcionamiento. En teoría existen cálculos y

normas con las que se pueden diseñar y dar mantenimiento a estos

dispositivos, sin embargo, en la práctica es difícil prevenir su comportamiento

3 CLUB HYUNDAI EN COSTA RICA, Tipos de Freno. En: http://www.clubhyundaicr.com/phpBB3/viewtopic.php?f=6&t=3788&start=0&st=0&sk=t&sd=a

http://www.clubhyundaicr.com/phpBB3/viewtopic.php?f=6&t=3788&start=0&st=0&sk=t&sd=a


ya que existen innumerables factores que actúan en contra del comportamiento

de estos, como las altas temperaturas, desgaste de los materiales, fallas en el

material, etc. No obstante con los avances en la tecnología se ha podido

reducir el riesgo de falla y se ha logrado optimizar el funcionamiento, tomando

en cuenta que ambos dispositivos representan una gran parte del factor de

seguridad del conjunto completo.

2.1.4 Los actuadores4

Los cilindros neumáticos son unidades que transforman la energía potencial del

aire comprimido en energía cinética o en fuerzas prensoras. Básicamente

consisten en un recipiente cilíndrico provisto de un émbolo o pistón. Al

introducir un determinado caudal de aire comprimido, éste se expande dentro

de la cámara y provoca un desplazamiento lineal. Si se acopla al embolo un

vástago rígido, este mecanismo es capaz de empujar algún elemento, o

simplemente sujetarlo. La fuerza de empuje es proporcional a la presión del

aire y a la superficie del pistón:

F = p . A

donde:

F = Fuerza

p = Presión manométrica

A = Área del émbolo o pistón

2.2 MARCO TEÓRICO 2.2.1 Motor de arranque C5120 La operación del motor de arranque es característica de un motor DC de 4

polos o compuesto de 4 bobinados. Cuando 28V DC son aplicados al motor de

arranque en sus terminales, la armadura rota en el sentido de las manecillas

del reloj cuando es visto desde el final de la unidad. El embrague, que esta

acoplado a la unidad del motor, transmite a la caja de transmisión a través de la

punta dentada del eje, transmitiendo el troqué necesario para romper la inercia

4 ZAS, INGENIERÍA Y SERVICIOS. Cilindros neumáticos. En: http://www.zas.com.mx/neum/Intro.pdf

http://www.zas.com.mx/neum/Intro.pdf

de las aspas del avión. Después de que el motor ha sido iniciado y la

maquinaria de la caja de velocidad ha subido hasta una velocidad de

8.600RPM, el muelle del embrague cambia a posición de rueda libre,

desengranando el embrague de la posición en el muelle a una cámara de

velocidad. La alimentación de la armadura es automáticamente removida

cuando la velocidad de la caja de velocidad ha sobrepasado las 5500RPM.

Cuando la caja de velocidad cae a una velocidad de 5600RPM, el embrague se

devuelve a su posición inicial permitiendo que la unidad del motor pueda actuar

de nuevo para repetir el proceso cuando sea requerido. Grafico 2. Modelo de Motor de Arranque C5120

Fuente: Manual de mantenimiento goodrich CMM 5120

Tabla 1 Componentes y características del motor.

Voltaje de entrada: 28Vdc nominal

Máxima velocidad sin carga: 15,000RPM

Torque de perdida: 74.57Nm

Corriente a 10Vdc de rotación: 1480A

Lubricación: Aceite a MIL-L-23699

(Esso Turbo Aceite 2380)

Mobil Aceite 291

or MIL-L-7808


Mobil Avrex S Turbo 256

Aeroshell 390

Castrol 325

Capacidad de Aceite: 95ml aprox.

Lubricación de los rodamientos: Grease, Mobil28 to

OTO5601

Limite de esfuerzo del eje: 185Nm min 203Nm máx.

Embrague:

Mínima Velocidad de desengrane: 8,600RPM

Máxima Velocidad de re-engranaje: 5,600RPM

Dimensiones Totales:

Largo (desde el estator hasta el

acople):

247.52mm

Largo (desde la punta dentada del eje): 327.66mm

Diámetro de la carcasa: 158mm

Diámetro del acople: 132.08mm

Peso (excluyendo el acople a la caja): 16.14kg

Adaptador para la caja de velocidad: Especificaciones

MS3332(AS)

Largo: 39.50mm

Diámetro: 299.72mm

Adaptador y estructura de ensamble Lucas Part No. 8200701

Peso: 0.98kg

2.2.2 Fue

nte de alimentación Marca: Tronair

Modelo: 11-6621-1000

Serial: 500078

• Especificaciones Fuente de Voltaje

Corriente

(A)

Tiempo

(s)

2000 6

1000 120

700 1800

a. Voltaje: 0-28 VDC Variable

b. Corriente: 0-2000 Amp. DC

c. Frecuencia: 50 – 60 Hz

d. Cuenta con cuatro neumáticos para su desplazamiento

Grafico 3. Corriente Vs Tiempo en la fuente de alimentación

Corriente Vs Tiempo

0

500

1000

1500

2000

2500

6 120 1800

Tiempo (s)

Corr

ient

e (A

)

Serie1


2.2.3 Pruebas de carga

Es preciso tener en cuenta que la prueba de carga se realiza utilizando el

Método de Carga Variable, y para llevarlo acabo es necesario refrescar el

motor de arranque a 5°C de temperatura ambiente.

a. Lo primero que se debe hacer para realizar la prueba de carga variable es

montar el motor sobre el soporte y suministrar un voltaje e ir aumentándolo

hasta que se registre una velocidad entre 5495 a 5506 rev/min. Durante toda la

prueba se deben registrar con ayuda de un PC o de un osciloscopio las

siguientes variables y su comportamiento:

• Voltaje de entrada

• Corriente de entrada.

• Velocidad de eje.

• Tiempo entre inicio y velocidad de eje que alcanza a 4,995 a 5,005

rev/min.

b. Luego de haber registrado estos valores se debe iniciar nuevamente la

prueba, esta vez se va a aplicar poco a poco un voltaje, hasta llegar a uno

entre 14.43 a 14.97 VDC a través de los terminales del motor de arranque.

c. Manteniendo el diferencial de tensión entre los terminales se procede a

aplicar la carga variable de manera ascendente hasta llegar a un nivel de

torque que se debe mantener entre 43.4 y 46.1 N m, manteniendo este torque

por un período que no exceda los 30 segundos.

d. Durante este tiempo se debe registrar a su vez, con ayuda del

osciloscopio o del computador, el voltaje de entrada, la corriente de entrada y la

velocidad de eje.

e. Por último, con ayuda de los datos obtenidos durante la prueba se

comprueba que la corriente de entrada no haya superado los 1072 Amperios, y

que a su vez la velocidad del eje durante este período se encuentre dentro del

rango de 1194 a 1608 rev/min.

f. Por último si las condiciones del punto anterior no se cumplen se concluye

que el motor se encuentra en mal estado y que debe ser reparado.

2.2.4 Posibles fallas en el motor

Grafico 4. Escobillas en buen estado.


Aproximadamente el 20% de los motores presenta una falla por

recalentamiento en las escobillas, el cual se puede presentar por diversos

factores, ya sean internos o externos al motor.

Grafico 5.Escobillas recalentadas.


Los factores internos que producen el sobrecalentamiento de las escobillas

son:

• Alta resistencia en la bobina de campo.

• Alta resistencia en la armadura.

• Superficie de conmutación pobre en la armadura.

• Falla en el sello de aceite.

• Bajo nivel de aceite, lo cual puede generar un sobrecalentamiento en los

componentes del embrague y falla al desembragar. Cuando no se presenta una

cantidad suficiente de aceite, es decir que sus niveles están bajos, se

sobrecalientan los componentes del embrague, al suceder esto, el embrague

falla al desenganchar el motor de arranque con el turbo propulsor, al seguir

embragado el motor de arranque empieza a girar a la misma velocidad del

turbo propulsor lo cual genera el sobrecalentamiento de las escobillas.

Los factores externos que producen el sobrecalentamiento de las escobillas

son:

• Una incorrecta inspección de la escobilla durante el régimen de

mantenimiento. Por ejemplo un mal montaje de la escobilla o dañarla durante la

inspección.

• Exceder los límites del ciclo.

• No seguir el régimen de enfriamiento del motor.

• No revisar el aceite de las escobillas, el cual debe hacerse cada 1300

horas.

• Se deben tener en cuenta una correcta fuente de potencia bajo las

condiciones específicas de funcionamiento con su correcto voltaje.

Otro tipo de falla que se presenta en el motor, aún cuando este ha sido

utilizado pocas veces y sin embargo presenta sobrecalentamiento en las

escobillas, se da debido a varios intentos de encender el motor del avión sin

éxito y no respetando los tiempos de pausa que se deben hacer entre cada

intento.

2.2.5 Funcionamiento del sistema de arranque

Las condiciones de funcionamiento del motor de arranque que se deben tener

en cuenta al momento de utilizarlo para iniciar el turbo propulsor del avión

Fokker 50 o durante la realización de la prueba de carga variable para no

generar falla ni acortar su vida útil son las siguientes:

• El motor de arranque deberá ser capaz de operar por un ciclo de 3

intentos consecutivos con una duración máxima de 30 segundos.

• Entre cada intento el motor debe descansar un minuto para su

refrigeración.

• Después de haber realizado el ciclo de 3 intentos se debe esperar mínimo

10 minutos para que el motor se enfríe.

• En seguida al haber realizado el segundo ciclo de 3 intentos consecutivos

se deberá esperar mínimo 30 minutos antes para permitir el enfriamiento del

motor.

Grafico 6. Motor de arranque en turbo propulsor


Se debe tener en cuenta que un ciclo prolongado de inicio y/o uno de

enfriamiento van a generar un cambio en la densidad del carbón de la

escobilla, creando a su vez mayores valores de resistencia entre la superficie

de las escobillas y el conmutador. Por esta razón se deberá incrementar la

corriente para superar este percance.

En la superficie del conmutador se va a generar un óxido que es muy abrasivo

y por lo cual debe ser controlado ya que va a influenciar directamente en el

desgaste de las escobillas.

Si una máquina es sometida a un sobre ciclo así sea una sola vez, entonces

las escobillas se verán afectadas severamente y reducirán notablemente su

vida útil. Este tipo de fallo solo podrá ser reparado mediante la limpieza del

conmutador y el reemplazo de las escobillas.

El motor de arranque se conecta a la caja de cambios a través de una

abrazadera en V. Al iniciar el motor, el motor de arranque gira el carrete de CV.

Esto genera una corriente de aire a través del motor y por el carrete LP lo cual

hace que las turbinas de poder empiecen a girar.

Grafico 7. Alojamiento embrague y motor de arranque


En el frente del motor de arranque se encuentra el alojamiento del embrague.

El embrague es de tipo cuña. Este es un dispositivo de rueda libre que tiene

un anillo interno y un anillo externo, cada uno de los cuales puede ser el anillo

de entrada o salida. El anillo de entrada puede montarse de tal forma que

pueda actuar en la dirección deseada, y permitir al anillo de salida el

embalamiento en la misma dirección.

En general, los embragues de cuña pueden transmitir pares mayores, dentro

de las dimensiones globales dadas, que otros tipos de dispositivo de rueda

libre.

Cuando se inicia el motor, el motor de arranque hace girar el anillo interior; este

a su vez hace que se cambien las posiciones de las cuñas. Debido a la forma

de las cuñas el anillo interno se engancha con el anillo externo. El anillo

externo hace girar la caja de cambios la cual, interiormente, hace girar el

carrete de CV en un eje y un engranaje.

Cuando la velocidad del motor de arranque es superada por la velocidad de la

turbina, el anillo externo hace que se giren las cuñas para liberar el motor de

arranque. Cuando el motor de arranque se detiene, el movimiento empuja las

cuñas a una posición libre.

Para la lubricación, la cavidad del embrague es llenada con aceite. En un lado

de la cavidad del embrague se encuentra el punto de llenado. El aceite utilizado

para el motor es del mismo tipo que el utilizado para el embrague. La cantidad

de aceite de llenado es correcta cuando el aceite alcanza la altura del hoyo de

llenado.

Grafico 8. Funcionamiento del embrague


2.2.6 Perfiles y tubos comerciales5

2.2.6.1 Tubería Mecánica:

5 FERRASA S.A. SERVICIO EN ACERO. Productos, Tuberías. En: http://www.ferrasa.com/productos/tuberias/tuberias.html

http://www.ferrasa.com/productos/tuberias/tuberias.html

La tubería mecánica es fabricada a partir de fleje de acero laminado en frío,

calidad AISI 1008 o JIS-G-3141 SPCC-SD. Se entrega en longitud de 6 metros

en secciones redonda, rectangular y cuadrada.

Usos: Para aplicaciones industriales como fabricación de muebles, estanterías,

equipos de gimnasia, bicicletas, pasamanos, exhostos para carros, defensas

para vehículos, entre otros.

Tabla 2. Tubería Mecánica Cuadrada

Fuente: http://www.ferrasa.com/productos/tuberias/tablas.html

http://www.ferrasa.com/productos/tuberias/tablas.html

Tabla 3. Tubería Redonda



Tabla 4. Tubería Mecánica Rectangular


2.2.6.2 Perfiles Estructurales Conduven, Perfilamos y Colmena: Estos perfiles estructurales están hechos con lámina de acero microaleada de

alta resistencia, y son propicios para estructuras metálicas. Cumplen con las

normas ASTM-A-500 grado C y es suministrada en longitudes de 6mts y 12

mts.

Usos: Tiene una gran variedad de usos que va desde obras civiles, pasando

por trabajos con energía y telecomunicaciones, arquitectura, transporte y hasta

la fabricación de maquinaria; empleándola como en estructuras cubiertas,

cerchas, galpones, mezanines, construcción de carrocerías para buses, entre

muchos otros.


Tabla 5. Material de Fabricación de Perfiles Estructurales


Tabla 6. Tubos estructurales CONDUVEN ECO – Sección rectangular




Tabla 7. Tubos estructurales CONDUVEN ECO – Sección Circular


Tabla 8. Tubos estructurales CONDUVEN ECO – Sección Cuadrada


2.2.6.3 Tubería Conduit:

2.2.6.3.1 Tubería Conduit de Acero Galvanizada:



Es fabricada en frío con fleje laminado en caliente y soldada por inducción de

alta frecuencia, esta tubería no tiene cordón interior lo cual ayuda a prevenir

daños en los cables de conducción eléctrica, esto se cumple para todos los

diámetros.

La tubería es galvanizada en caliente con una capa de 0.05 milímetros mínimo

de zinc. Los fabricantes afirman que esta tubería es de optima calidad y alta

confiabilidad ya que cumple con las normas UL6, NTC 171 y ANSIC80.1

Además, según ellos, cumple con las normas del código eléctrico nacional. Se

suministra en longitudes de 3mts.

Usos: Se usa especialmente para la construcción.

2.2.6.3.2 Tubería Conduit Metálica Eléctrica (EMT):

Esta tubería esta elaborada en frío con lámina calidad 1008, soldada por

inducción de alta frecuencia, esta protegida en su exterior por una capa de zinc

de 0.02mm. En su interior cuenta con una protección contra la corrosión

mediante la aplicación de pintura. Esta tubería es suministrada en longitudes

de 3 mts.

Usos: Se utiliza en redes de iluminación para zonas residenciales, comerciales,

industriales, entre otras, sirve también para cableado estructurado, es optima

en instalaciones exteriores, donde hay influencia directa del sol.

2.2.6.3.3 Conduit Pintada:

Esta tubería cuenta con alta resistencia mecánica, que combinada con la

rigidez del acero, hace que la tubería tenga auto soporte lo cual ayuda a la

instalación, requiriendo menos abrazaderas para la fijación en techos y muros.

Esta tubería tiene gran resistencia a altas temperaturas, al fuego, la

compresión y al impacto durante la instalación. Es suministrada en longitudes

de 3mts.

Usos: Para la construcción en instalaciones de redes visibles como sótanos y

parqueaderos; a su vez se puede emplear en zonas de riesgo como centros

comerciales, parques públicos, hoteles, subestaciones eléctricas, instalaciones

industriales.

2.2.6.4 Tubería de Acero SCH 40 Negra y Galvanizada:

Esta tubería se ajusta a las normas de calidad NTC.3470 y ASTM-A-53 lo que,

según los fabricantes, garantiza un producto de alta confiabilidad en las

instalaciones de gas y conducción de fluidos.

Es fabricada en frío a partir de la lámina AISI-1008; los tubos son probados

hidrostáticamente con una presión que es proporcional al diámetro del tubo;

luego es galvanizado en caliente por inmersión garantizando una capa

promedio de 550g/m2, los terminales van en rosca cónica NPT cumpliendo con

las normas ANSI-B1.20.1 y NTC 332. Es suministrada en longitudes de 6mts.

Usos: Es excelente para la conducción de fluidos poco corrosivos y a altas y

medianas presiones como aceite, gas, aire, vapor, entre otras.

Ofrece estabilidad en movimientos telúricos, tiene gran resistencia al

aplastamiento, facilitando así el transporte y la instalación.

2.2.6.5 Tubería Galvanizada y Negra para la conducción de fluidos: Esta tubería esta fabricada mediante el uso de la lámina de acero AISI-1008,

es conformada en frío y soldada con equipos de inducción y luego calibrada y

cortada en unidades que se prueban hidrostáticamente a 50 Bar. Luego se

galvaniza en caliente por inmersión con el espesor que requieren las normas

de calidad y los extremos de esta tubería están terminados en roscas cónicas

NPT. Se suministra en longitudes de 6mts.

Usos: Diseñada para la conducción de fluidos poco corrosivos como aceite,

aire, agua, gas y vapor, a medias y bajas presiones.

2.2.6.6 Tubería de Cerramiento:

Es una tubería formada en frío por medio de rodillos, soldada por inducción de

alta frecuencia, galvanizada en frío. Se ofrece en longitudes de acuerdo a las

necesidades del cliente. Se usa en el campo de la construcción especialmente

en el soporte de malla eslabonada.

2.2.6.7 Ángulos grado 50 Grafico 9. Ángulo cold rolled

Fuente:www.persiacad.co.uk/site/featuredobjects.asp

Denominación: L A572.

Descripción: Producto de acero microaleado laminado en caliente, cuya

sección transversal está formada por dos alas de igual longitud, en ángulo

recto. Se produce en longitudes de 6 metros. Se suministra en paquetones de 4

t, los cuales están formados por 4 paquetes de 1 t c/u.

Usos: En la fabricación de estructuras de acero de alta resistencia y poco de

peso, tales como: torres de transmisión, vigas, viguetas, pórticos de celosía.

También se utiliza en plantas industriales, almacenes, techados de grandes

luces, industria naval, carrocerías, etc.

http://www.persiacad.co.uk/site/featuredobjects.asp

Normas Técnicas: ASTM A572 Grado 50.

Tabla 9. Propiedades Mecánicas

Límite de Fluencia mínimo = 3520 kg/cm² (50000 lbs/pulg²).

Resistencia a la Tracción = 4580 kg/cm² (65000 lbs/pulg²).

Alargamiento en 200 mm: - 3/16"= 13.0 % mínimo.

- 1/4"= 15.5 % mínimo.

- 5/16"= 180 % mínimo.

Soldabilidad Buena soldabilidad, sin

precauciones.

Fuente: http://www.codiacero.com/03industrial/perfiles_angulo.html#

Tabla 10. Dimensiones y pesos

Fuente: http://www.codiacero.com/03industrial/perfiles_angulo.html# Tabla 11. Tolerancias dimensionales y de forma

DIMENSIONES LONGITUD ESPESOR

FLECHA LONG.

PESO ESTIMADO DIMENSIONES (pulg) lb/pie kg/m kg/6m

2 x 2 x 3/16 2.440 3.631 21.787

2 x 2 x ¼ 3.190 4.747 28.483

2 1/2 x 2 1/2 x 3/16 3.070 4.569 27.412

2 1/2 x 2 1/2 x ¼ 4.100 6.101 36.609

3 x 3 x ¼ 4.900 7.292 43.752

3 x 3 x 5/16 6.100 9.078 54.467

http://www.codiacero.com/03industrial/perfiles_angulo.html


NOMINALES DE ALA (L-mm) <3/16"

3/16" a 3/8"

>3/8"(f-mm) (l-mm)

1 1/2",

1 /3/4" y 2" +1.2 +0.25 +0.25 +0.30

2 1/2" y 3" +1.6 +0.30 +0.40 +0.40

3 1/2" y 4" +3.2/-2.4 - - -

2.0 +50


2.2.7 Sistemas de Frenos6

Cuando se presiona el pedal de freno, se transmite una fuerza desde el pie

hasta los frenos. En la actualidad la fuerza para frenar requerida es mucho

mayor de lo que se puede aplicar con la pierna por lo que el sistema de frenado

debe incrementar la fuerza aplicada por el pie, esto se logra por medio de dos

formas: En primer lugar por Ventaja Mecánica (palanca), en segundo por

multiplicación de fuerza hidráulica

Grafico 10. Sistema Básico de Frenos





Fuente: http://www.clubhyundaicr.com/phpBB3/viewtopic.php?f=6&t=3788&start=0&st=0&sk=t&sd=a

Para que se pueda frenar es necesario pisar el pedal de los frenos. Este,

mediante el principio de palanca acciona una bomba de frenos, técnicamente

conocida como cilindro maestro. Este último envía el fluido conocido como liga

de frenos, desde su depósito hasta cada una de las ruedas. Por razones de

seguridad, existen dos líneas ó circuitos que distribuyen la liga a las ruedas.

Por eso se llaman frenos de doble circuito.

2.2.7.1 Tipos de Frenos

2.2.7.1.1 Freno de Tambor Estos dispositivos están constituidos por una zapata que obliga a entrar en

contacto con un cilindro solidario al eje cuya velocidad se pretende controlar, la

zapata se construye de forma tal que su superficie útil, recubierta de un

material de fricción, calza perfectamente sobre el tambor. Una vez más, al

forzarse el contacto entre zapata y tambor, las fuerzas de fricción generadas

por el deslizamiento entre ambas superficies producen el par de frenado.


Grafico 11. Freno de tambor

Fuente: www.lowestpricetrafficschool.com

Las partes del Freno de tambor son:

• Tambor del freno

• Zapata

• Resortes de retorno de las zapatas

• Plato de anclaje

• Cable de ajuste

• Pistón hidráulico

• Cilindro de rueda

http://www.lowestpricetrafficschool.com/

Grafico 12. Partes del Freno de tambor

Fuente:


2.2.7.1.1.1 Zapatas

Son bloques de madera o metal que presionan contra la llanta de una rueda

mediante un sistema de palancas. Existen de dos tipos: de fundición o

compuestas.

Este tipo de freno consta de un tambor, por lo general realizado en hierro

fundido, solidario al cubo de la rueda, en cuyo interior, al pisar los frenos, se

expanden unas zapatas de fricción en forma de "C" que presionan contra la

superficie interna del tambor. Ya no se utilizan en el tren delantero de los autos

modernos, que es el que soporta el mayor esfuerzo en la frenada, porque

presentan desventajas a la hora de disipar el calor y porque al ser más

pesados que los frenos de disco pueden producir efectos negativos en la


dirección del vehículo. Sí se utilizan con frecuencia en el eje posterior de

muchos vehículos, combinados con discos delanteros.

2.2.7.1.2 Freno de Discos

Se componen de un disco montado sobre el cubo de la rueda, y una mordaza

colocada en la parte externa con pastillas de fricción en su interior, de forma

que, al aplicar los frenos, las pastillas presionan ambas caras del disco a causa

de la presión ejercida por una serie de pistones deslizantes situados en el

interior de la mordaza.

La mordaza puede ser fija y con dos pistones, uno por cada cara del disco.

Pero también existen mordazas móviles que pueden ser oscilantes, flotantes o

deslizantes, aunque en los tres casos funcionan de la misma manera: la

mordaza se mueve o pivota de forma que la acción de los pistones, colocados

sólo a un lado, desplaza tanto la mordaza como la pastilla. Los más utilizados

son los frenos de pinza o mordaza que puede ser fija o flotante.

Grafico 13. Freno de disco.

Fuente: SHIGLEY, Joseph y MISCHKE, Charles. Diseño en Ingeniería Mecánica. Mc Graw Hill.

Sexta edición. 2002. página 1027.

En los de pinza fija, tiene dos cilindros con sus pistones enfrentados y en

algunos casos cuatro. En el de pinza flotante solo hay un cilindro y un pistón.

En este último, cuando se accione el pedal del freno, el líquido a presión

proveniente de la bomba desplaza el pistón y este aprieta la pastilla contra el

disco. La fuerza de reacción desplaza la pinza para que la pastilla opuesta

entre en contacto con el disco. En el freno de pinza fija al frenar, los pistones

situados a ambos lados del disco se desplazan simultáneamente apretando las

pastillas contra el mismo.

Los frenos de disco son más ligeros que los de tambor y disipan mejor el calor,

pues los discos pueden ser ventilados, bien formados por dos discos unidos

entre sí dejando en su interior tabiques de refrigeración, bien con taladros

transversales o incluso ambas cosas.

La imagen muestra un freno de disco el cual funciona a base de fricción por lo

que su fabricación debe ser de alta calidad y los materiales deben tener

determinadas características.

En general el freno de disco tiene como ventajas las siguientes:

• No se cristalizan, ya que se enfrían rápidamente.

• Cuando el rotor se calienta y se dilata, se hace más grueso, aumentando

la presión contra las pastillas.

• Tiene un mejor frenado en condiciones adversas, cuando el rotor

desecha agua y el polvo por acción centrífuga.

• Respuesta bastante rápida.

• Gran disipación del calor por permitir circulación de aire por lado y lado

del disco e interiormente entre los canales del mismo en caso de disco

ventilado.

• Espacio reducido para la gran potencia desarrollada.

• Mantenimiento rápido y cómodo.

• El ajuste de las pastillas al disco es automático.

• La acción de frenado es independiente del sentido de marcha del

vehículo. Se produce auto limpieza por acción centrífuga.

Por otra parte, las desventajas de los frenos de disco, comparados con los de

tambor, son que no tienen la llamada acción de servo o de aumento de

potencia y sus pastillas son más pequeñas que las zapatas de los frenos de

tambor, además se gastan más rápido.

Otras desventajas son:

• No presenta efecto de energización por lo cual se requiere mayor fuerza

de apriete. Debido a la proximidad de los pistones a las pastillas puede

conducir el calor al líquido y producir burbujas de vapor.

• El freno de emergencia es más complejo que en freno de tambor.

• Debido a la menor superficie de frenado se producen mayores

temperaturas aumentando el desgaste de pastillas.

• La superficie de fricción es plana en este sistema actuando en forma

axial.

En vehículos de gama media (peso, velocidad y costo medio) se encuentra

freno de disco en ruedas delanteras y freno de tambor en ruedas traseras. Y es

el caso de la gran mayoría de los vehículos en circulación.

En vehículos de gama alta (peso, velocidad y costos altos) se tiene

generalmente freno de disco en las cuatro ruedas como es el caso del

Mercedes Benz.

2.2.7.1.2.1 Frenos de disco cerrado

El disco se aloja se aloja en un cárter solidario a la rueda. El apriete se efectúa

sobre varios sectores regularmente repartidos sobre la periferia, el frenado se

obtiene por la separación de dos discos, cada uno de los cuales se aplica

contra la cara interna correspondiente del cárter giratorio.

2.2.7.1.2.2 Freno de disco exterior

El disco es solidario del árbol o de la rueda. El apriete se efectúa mediante un

sector limitado y rodeado por unos estribos, en el interior de los cuales se

desplazan unos topes de fricción.

El frenado con discos se puede realizar mediante discos (inicialmente fueron de

acero, ahora suelen ser de fundición) o pastillas (suelen ser de aleaciones de

cobre que se colocan en la rueda directamente o en el cuerpo del eje).

Las ventajas frente al frenado con zapatas son:

• Frenado poco ruidoso.

• Menores gastos de conservación.

• Mayor periodo de vida.

• La mayor parte del calor desprendido durante el frenado la absorben los

discos, a los cuales se les proviene de un sistema de ventilación.

• Materiales protegidos de agentes externos.

• Se comportan bien hasta los 230 Km/h; a partir de esta velocidad el

desgaste aumenta considerablemente.

Los inconvenientes son:

• Menor aprovechamiento de la adherencia. Para solucionar este

problema se suelen utilizar sistemas mixtos de zapatas y discos junto con

sistemas de antipatinaje.

• Mayor distancia de parada.

• No tienen la llamada acción de servo o de aumento de potencia, y sus

pastillas son más pequeñas que las zapatas de los frenos de tambor, y se

gastan más pronto.

2.2.7.1.3 Freno de Cinta

Posiblemente el dispositivo de freno más sencillo de concebir es el llamado

freno de cinta o freno de banda, el cual consiste fundamentalmente de una

cinta flexible, estacionaria, que se tensa alrededor de un cilindro solidario al eje

cuya velocidad se pretende modificar, la fricción existente entre la cinta y el

tambor es responsable de la acción del frenado.

Se usa en las máquinas de vapor, en los vehículos a motor y en algunos tipos

de bicicletas, pero sobre todo en aparatos elevadores.

Grafico 14. Freno de Banda

Fuente: www.sabelotodo.org

2.2.7.1.4 Frenos hidráulicos El sistema de frenos hidráulicos usado en el automóvil es un sistema de

múltiple sesión de pistones, ya que éste permite que se transmitan fuerzas

hacia dos o más pistones en la manera indicada en el gráfico.

http://www.sabelotodo.org/

Grafico 15. Funcionamiento del sistema hidráulico.

Fuente: http://www.automotriz.net/tecnica/conocimientos-basicos-45.html

El sistema de frenado hidráulico desde el cilindro maestro hasta los cilindros de

las llantas opera, en la mayoría de los automóviles, de manera similar al

sistema ilustrado en el grafico.

Cuando el pedal del freno es accionado, la presión de este mueve el pistón

dentro del cilindro maestro, forzando el fluido del freno desde el cilindro

maestro por medio del tubo y la manguera flexible del cilindro de las llantas.

Este ultimo dos pistones colocados de forma opuesta y desconectados, y cada

uno de ellos sostiene la zapata de frenado ajustada dentro del tambor. Cada

uno de los pistones presiona la zapata contra la pared del tambor provocando

el frenado de la rotación de la llanta. Cuando la presión en el pedal es liberada,

el resorte en la zapata de frenado regresa los pistones en los cilindros de las

llantas a su posición liberada. Esta acción fuerza el desplazamiento del líquido

de frenos de vuelta por medio de la manguera al cilindro maestro. La fuerza

aplicada en el pedal de frenado produce una fuerza proporcional en cada uno

de los pistones de salida los cuales aplican la fuerza sobre las zapatas

friccionantes contra el giro de la llanta retardando la rotación.

http://www.automotriz.net/tecnica/conocimientos-basicos-45.html

Grafico 16. Freno hidráulico.


2.2.7.1.5 Frenos neumáticos:

Su funcionamiento se basa en que el esfuerzo de frenado aplicado por las

zapatas o discos proviene indirectamente del hecho de mover el pistón de un

cilindro.

• Frenado continúo: el que realiza normalmente el maquinista o un viajero

en caso de parada de emergencia.

• Frenado automático: el que ocurre si hay una avería en el propio sistema

de frenado.

• Frenado de apriete y aflojamiento graduado: si se realiza de una forma

escalonada.

Los tipos de frenos neumáticos son de aire comprimido, de vacío y una

combinación de los dos.


Grafico 17. Funcionamiento sistema neumático


2.2.8 Actuadores 2.2.8.1 Cilindros de simple efecto

Uno de sus movimientos está gobernado por el aire comprimido, mientras que

el otro se da por una acción antagonista, generalmente un resorte colocado en

el interior del cilindro. Este resorte podrá situarse opcionalmente entre el pistón

y tapa delantera (con resorte delantero) o entre el pistón y su tapa trasera (con

resorte trasero). Realiza trabajo aprovechable sólo en uno de los dos sentidos y

la fuerza obtenible es algo menor a la que da la expresión F = P x A, pues hay

que descontar la fuerza de oposición que ejerce el resorte.

2.2.8.2 Cilindros de doble efecto El pistón es accionado por el aire comprimido en ambas carreras. Realiza

trabajo aprovechable en los dos sentidos de marcha.

2.2.8.3 Cilindros con doble vástago


Poseen salida de vástago en ambos extremos, lo que ofrece un mejor guiado

del conjunto, facilitan el colocado de levas o fines de carrera cuando hay

problemas de espacio en la zona de trabajo, y además presentan iguales áreas

de pistón a ambos lados.

2.2.8.4 Cilindros de doble pistón o en tándem Consisten en dos cilindros de doble efecto acoplados en serie con un vástago

en común, formando una unidad compacta. Aplicando simultáneamente presión

sobre los dos émbolos se obtiene una fuerza de casi el doble de la de un

cilindro convencional del mismo diámetro.

2.2.8.5 Cilindros acoplados de acción independiente Están constituidos por dos cilindros unidos por sus tapas traseras. Éstos

pueden operarse independientemente para obtener sobre uno de los extremos

del vástago, tres o cuatro posiciones de trabajo según sean iguales o distintas

las carreras de ambos cilindros. Es un dispositivo multiposicionador sencillo y

económico.

2.2.8.6 Cilindros sin vástago El pistón transmite el movimiento a la carga a través de un carro acoplado

mecánicamente al pistón mediante un exclusivo sistema patentado. Un sistema

de cintas garantiza un doble sellado y evita el ingreso de impurezas al interior

del cilindro. Variantes constructivas de éste incluyen guías externas de diversos

tipos.

2.2.8.7 Amortiguación de fin de carrera

Son dispositivos, fijos o regulables, colocados generalmente en las tapas de los

cilindros, y cuya finalidad es la de absorber la energía cinética de las masas en

movimiento.

Según los modelos de cilindros, se puede tener amortiguación delantera,

trasera o doble.

2.2.8.8 Pistón con imán incorporado

Ciertos cilindros incorporan un imán en el pistón a efectos de actuar un

interruptor magnético del tipo Reed-Switch o similar, montado en el exterior del

cilindro durante o al final de su carrera.

Esta señal eléctrica es utilizada para gobernar a otros órganos componentes

del sistema, actuadores, contadores, emitir señales luminosas, actuar

contactores, relés, PLC, o bien para controlar su propio movimiento.

2.2.8.9 Fuerza en cilindros

La fuerza disponible de un cilindro crece con mayor presión y con mayor

diámetro.

La determinación de la fuerza estática en los cilindros está sustentada por la

siguiente fórmula:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

4***10

2dpF π

ó bien

2**85.7 dpF =

Donde:

F: Fuerza (N)

p: Presión (bar)

d: Diámetro de la camisa del cilindro (cm)

2.2.8.10 Consumo de aire en cilindros

El cálculo del consumo de aire en cilindros neumáticos es muy importante

cuando se requiere conocer la capacidad del compresor necesario para

abastecer a la demanda de una instalación. Puede calcularse con la siguiente

fórmula:

( ) 62 10******4−= NPncdQ π

Donde:

Q = Consumo de aire (Nl/min)

d = Diámetro del cilindro (mm)

c = Carrera del cilindro (mm)

n = Número de ciclos completos por minuto

P =Presión absoluta= presión relativa de trabajo + 1 bar

N = Número de efectos del cilindro

(N=1 para simple efecto, N=2 para doble efecto)

2.2.9 Sensores7

Un sensor es un dispositivo que detecta manifestaciones de cualidades o

fenómenos físicos, como la energía, velocidad, aceleración, tamaño, cantidad,

etc. Se puede decir también que es un dispositivo que aprovecha una de sus

propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda

interpretar otro elemento. Como por ejemplo, el termómetro de mercurio que

aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la

acción de la temperatura.

7 WIKIPEDIA, la enciclopedia libre. Sensor, En: http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa

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

Muchos de los sensores son eléctricos o electrónicos, aunque existen otros

tipos. Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se

quiere medir, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicación directa

(un termómetro de mercurio) o pueden estar conectados a un indicador

(posiblemente a través de un convertidor analógico a digital, un computador y

un display) de modo que los valores sensados puedan ser leídos por un ser

humano.

Junto con los sensores electrónicos, uno de los más importantes debido a sus

campos de aplicación son lo sensores químicos. Estos se han utilizado con

éxito en medio ambiente, medicina y procesos industriales.

Algunos ejemplos de sensores electrónicos son:

• Sensores de temperatura: Termopar, Termistor

• Sensores de deformación: Galga extensiométrica

• Sensores de acidez: IsFET

• Sensores de luz: fotodiodo, fotorresistencia, fototransistor

• Sensores de sonido: micrófono

• Sensores de contacto: final de carrera

• Sensores de imagen digital (fotografía): CCD o CMOS

• Sensores de proximidad: sensor de proximidad

Por lo general la señal de salida de estos sensores no es apta para su

procesamiento, por lo que se usa un circuito de acondicionamiento, como por

ejemplo un puente de Wheatstone, y amplificadores que adaptan la señal a los

niveles apropiados para el resto de la circuitería.

2.2.9.1 Torquímetro

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al_anal%C3%B3gica

http://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al_digital

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

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

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

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Galga_extensiom%C3%A9trica

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

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

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

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Micr%C3%B3fono

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

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

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

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

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

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

Grafico 18. Viga circular bajo torsión

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Torsi%C3%B3n_%28ingenier%C3%ADa%29

En ingeniería, torsión es la solicitación que se presenta cuando se aplica un

momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma

mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una

dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en

situaciones diversas. La torsión se caracteriza geométricamente porque

cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano

formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al

eje se retuerce alrededor de él.

El torquímetro se encarga de medir esta variable con ayuda de diversos tipos

de sensores que generan una respuesta al momento de aplicar un torque sobre

alguna pieza.

3. METODOLOGÍA 3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN

La investigación se desarrolló mediante un enfoque empírico analítico, es

decir, se tomó como base la información y experiencia adquirida en la práctica,

así como los insumos aportados por la aerolínea Avianca. Los documentos que

se obtuvieron fueron analizados y posteriormente evaluados para verificar su

relevancia en el proyecto. Finalmente se desarrolló el diseño basado en las

experiencias, documentos y análisis de trabajos similares, con el objetivo de

dar una solución al problema de investigación.

3.2 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN

http://es.wikipedia.org/wiki/Torsi%C3%B3n_%28ingenier%C3%ADa%29

http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Prisma_mec%C3%A1nico


Línea Institucional: Tecnologías actuales y de sociedad

Sublínea de la Facultad: Instrumentación y Control de Procesos

Campo de Investigación: Ingeniería aplicada

3.3 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN

• Se aprovechó la experiencia de los ingenieros y técnicos de Avianca que

proporcionaron gran parte de la información sobre el tema, además de asesoría

técnica que fue indispensable de tener en cuenta durante el desarrollo del

proyecto.

• Se llevó un diario de campo en el que se registraron los avances, nueva

información y procesos llevados a cabo durante el desarrollo del proyecto.

• Se realizaron simulaciones de los diversos sistemas, tanto mecánicos

como electrónicos para verificar su funcionamiento antes de su construcción.

• Se utilizaron multímetros, reglas y otros elementos de medición para

comprobar el comportamiento de los materiales.

• Se aprovechó el Internet Explorer como una herramienta clave en la

Investigación sobre el tema. 3.4 HIPÓTESIS En el diseño de un banco de prueba de carga variable se contemplan,

inicialmente, dos posibles soluciones para el manejo de las cargas que se

colocarán al Motor de arranque. En primer lugar, una carga variable

eléctricamente, conectada a un generador que vaya acoplada al Motor de

arranque. Esta carga eléctrica varía según las especificaciones de la prueba.

La segunda hipótesis objeto de estudio consistió en realizar una carga variable

mecánica por medio de frenos, cadenas o bandas que ayuden a variar la carga

que especifica el manual de pruebas.

Estas dos posibles alternativas fueron estudiadas por eficiencia del diseño,

considerando factores económicos, necesidad real y desempeño que la

máquina va a tener. Por esta razón, antes de escoger una carga eléctrica o

mecánica es preciso hacer un profundo análisis de los pro y contra de cada una

de las mencionadas posibilidades con el fin de realizar una propuesta ingenieril

adecuada a la situación, teniendo en cuenta que en cuestiones de

mantenimiento o reparación en el sector de la aviación se debe tener mucha

precaución.

3.5 VARIABLES 3.5.1 Variables Independientes

• El motor DC serie de 4 polos sobre el cual se van a realizar las pruebas.

• Los parámetros dados por el fabricante al momento de realizar las pruebas.

3.5.2 Variables Dependientes

• Tipos de instrumentos para la medición

• Materiales a utilizar

• Controlador a utilizar (micro, PLC, en otros)

1. DESARROLLO INGENIERIL

Se describen, en este capítulo, los artículos y elementos necesarios para

construir el banco de pruebas del motor de arranque, dentro de los cuales se

contemplan varias etapas, base del desarrollo del proyecto. Con base en lo

anterior, las fases que se deben realizar luego de haber evaluado los sistemas

y posibles soluciones del problema, son:

• Sistema de Carga

• Estructura

A continuación se desarrollan a profundidad cada una de las mismas.

4.1 SISTEMA DE CARGA

Para la aplicación de la carga se evaluaron los distintos sistemas y

posibilidades de aplicarla,

Durante el proceso de desarrollo se obtuvieron varias ideas para darle solución

al problema principal del proyecto estas son:

4.1.1 Tensión compresión con Jockey Pulley

Esta idea consiste en dos ejes los cuales son interconectados entre si por

medio de una polea, la cual a la vez va en un jockey pulley. El eje principal va

en la parte superior del banco, acoplado desde luego al MC5120, para que este

tensione la polea, la cual está conectada al otro eje, el cual se encuentra en la

parte inferior del banco. Ya con estos dos ejes conectados entre si por medio

de la polea, el eje inferior esta puesto sobre unos rieles verticales para que este

se desplace verticalmente, hacia arriba para tener menos carga y hacia debajo

de manera lenta para aumentarla, este riel desde luego tiene los elementos

mecánicos necesarios para resistir las cargas requeridas en él.

4.1.2 Cono de engranes Desviados

Este diseño se ideo con dos ejes, uno en la parte superior y otro en la inferior

del banco, de manera que estuviesen conectados a por medio de una cadena a

un número determinado de piñones unidos entre si a manera de cono, quiere

decir desde el de diámetro mayor hasta el de menor diámetro. Principalmente

se tiene un eje, en el cual se acopla el MC5120, y tiene un piñón de un

diámetro relativamente pequeño, para que así, al inicio de la prueba la carga,

sea relativamente nula debido a la relación de los dientes de los engranes. Este

eje esta conectado con una cadena, la cual se encuentra tensionada, y esta a

la vez esta transmitiendo al eje secundario por medio del cono de engranes

desviados, los cuales están de mayor a menor diámetro para aumentar la

carga, pasando de uno a otro con el desvío de cadena diseñado en ellos.

Adicionalmente el eje que contiene al cono de engranes tiene bujes diseñados

para resistir la velocidad y fuerzas requerida en el eje.

4.1.3 Freno en correa

Este sistema basado en el diseño de la correa de los tiempos de un carro,

funciona con un eje en la parte superior del banco sostenido por unos soportes

con bujes. El MC5120 viene ubicado en la parte inferior del banco para

transmitir por medio de una polea, la cual se encuentra tensionada con un

grado de flexibilidad para evitar la rotura de ésta; esto debido a que entre el

eje superior y el MC5120, van dos patines uno en cada costado de la polea con

el fin de presionarla, intentándola frenar, para aumentar el troqué del motor

poco a poco de manera incremental. Estos patines tienen una especie de

salineras para evitar así el desgaste prematuro de la polea.

Desde luego este sistema tiene que ser manipulado automáticamente,

queriendo decir que los patines y la presión que se le ejercen a la correa, está

dada por un sistema de actuadotes que entran horizontalmente ejerciendo

presión sobre estos para ejercerla en la correa y así transmitir mas troqué al

motor.

4.1.4 Sistema ambiguo

Este sistema esta basado en el sistema manual del banco de pruebas que se

encontraba desechado. Este sistema consta de dos ejes muy esenciales, los

cuales, por medio de un engrane principal, lo controlan para que la carga se

incremente de acuerdo a la prueba. Este eje transmite movimiento a los

tornillos sin fin que, a la vez, cierran o abren los compresores de la correa, para

así tensionarla o el caso contrario, transmitiendo por medio del eje superior

carga al MC5120 por medio de una segunda correa.

4.1.5 Motor - Generador

Este sistema es muy básico en su diseño mecánico, puesto que solo consta de

un eje al cual se le acoplan el MC5120 y el generador que se escoja en el

diseño, dadas las características del motor, igualmente este generador es

controlado de manera automática para que genere la carga de manera

incremental hasta el tope necesario para dicho diseño.

4.1.6 Sistema de freno

Esta opción se basa en la teoría de los frenos existentes, es decir, en el

desarrollo ingenieril para el diseño de elementos de freno como zapatas,

tambores, o discos, en los diferentes medios de transporte en general. Su

aplicación y cálculo son sencillos y la facilidad para encontrar sus elementos es

alta.

4.1.7 Tablas de calificación de los sistemas a evaluar

Estos criterios se tuvieron en cuenta debido a las pruebas a realizar al motor y

por criterios teóricos:

Tabla 12. Calificación cualitativa de los sistemas de carga

MONTAJE EFICIENCIA ECONOMIA PARTES DESGASTE CONTROLABILIDAD

1 Media Media Media Alta Baja Baja

2 Media Media Alta Baja Alta Baja

3 Alta Alta Alta Media Media Media

4 Alta Alta Alta Baja Media Alta

5 Baja Alta Alta Media Baja Alta

6 Baja Alta Baja Alta Media Alta

Tabla 13. Calificación cuantitativa de los sistemas de carga

MONTAJE EFICIENCIA ECONOMIA PARTES DESGASTE CONTROLABILIDAD TOTAL

1 3 2.5 3.5 5 4 2 20

2 1.5 2.5 1 2 1 1 9

3 1 4 1 3.5 4 4 17.5

4 1 5 1 1 3 4.5 15.5

5 4.5 4 1 2 4 4 19.5

6 4 5 4 4 3 4 24

Siendo 1 el mas bajo y 5 la mejor calificación.

Como se puede observar, la mejor opción después de haber realizado la

calificación de los sistemas es el sistema de frenos, pues tiene mayor ventaja

frente a los otros sistemas evaluados. De acuerdo con esto se procedió a

realizar una evaluación de los sistemas de freno existentes y sus variables y en

seguida se procedió a realizar una evaluación para así poder escoger el tipo

de sistema de freno que mas se acople a las necesidades del proyecto. A

continuación se puede ver el resultado de esta evaluación de acuerdo a ciertos

criterios de importancia para la escogencia del sistema.

Tabla 14. Calificación Cualitativa de los sistemas de freno

Frenos

Criterios

Freno de

tambor

Freno de

Disco

Freno de

Cinta

Freno de

Yugo

Montaje Media Baja Alta Alta

Eficiencia Media Alta Media Media

Economía Media Baja Media Alta

Partes Media Baja Alta Alta

Desgaste Media Media Media Media

Tabla 15. Calificación cuantitativa de los sistemas de freno

Frenos

Criterios

Freno de

tambor

Freno de

Disco

Freno de

Cinta

Freno de

Yugo

Montaje 1-5 2.5 1 3 4

Eficiencia 1-5 3 4 3 3

Economía 1-5 2.5 1 2.5 4

Partes 1-5 3 2 4 4

Desgaste 1-5 3.5 3.5 3.5 3.5

Total 14.5 11.5 16 18.5

Para el diseño de la carga se escogió un sistema de freno tipo yugo de zapata

circular, debido a las ventajas frente a los otros sistemas de aplicación de

carga. Este fue escogido debido al poco espacio que ocupa en el banco de

prueba, además de la simplicidad de su aplicación, puesto que no requiere de

grandes desarrollos para su instalación.

Ya teniendo el sistema de frenos escogido el siguiente paso consistió en hacer

los cálculos para obtener los materiales y tamaños para construir el sistema de

freno y realizar las diferentes simulaciones para corroborar los resultados

teóricos obtenidos durante el proceso de cálculo.

4.1.8 Cálculo del freno

Teniendo el torque requerido para realizar la prueba el cual debe estar entre los

43.3Nm y 46.1Nm se estableció un promedio de este valor para así obtener un

dato que permitiera manejar una variable fija durante los cálculos siguientes.

NmT

NmT

TTT

NmT

NmT

7.44

21.463.43

2

1.46

3.43

21

2

1

=

+=

+=

=

=

Para los cálculos se tomó, entonces, un torque aproximado de 45N.

De acuerdo con las ecuaciones para el cálculo del freno tipo yugo de zapata

circular se tuvieron en cuenta las siguientes ecuaciones para determinar el

tamaño de la zapata junto con el material del cual debe estar hecha.

Tabla 16. Geometría de zapata circular de un freno de yugo

Fuente. Diseño en ingeniería mecánica página 1030.

El radio efectivo está dado por:

eer δ=

La fuerza de accionamiento se determina por

prompRF ** 2π=

Y el par de torsión por

erFfT **=

Teniendo en cuenta la tabla de materiales especiales para la fabricación de

frenos y embragues, léase anexo C, y después de evaluar los diferentes

materiales, se escoge el de Zapatas de asbesto modelado rígido y sus

propiedades físicas son:

Tabla 17. Propiedades Físicas del asbesto moldeado rígido.

Temperatura máxima Material Coeficiente

de fricción f

Presión

máxima

Psi

Instantánea

F

Continua

F

Aplicaciones

Zapatas de

asbesto

moldeado

rígido

0.31-0.49

750

930-1380

440-660

Frenos

También se revisó otro material el cual se ubica en la tabla del anexo C, como

asbesto que no sea moldeado rígido, del cual se tienen las siguientes

características.

Tabla 18. Propiedades Físicas del asbesto no moldeado rígido.


de fricción f

Presión

máxima

Psi

Instantánea

F

Continua

F

Aplicaciones

Que no sea

asbesto

0.33-0.63

100-150

500-750

Frenos y

moldeado

rígido

embragues

Los resultados que se obtuvieron del proceso de realizar los diversos cálculos

son los siguientes:

Para zapatas de asbesto moldeado rígido:

inLbfT

NmT

*398

45

=

=

Debido a que el torque necesario se encuentra en sistema internacional y las

tablas se encuentran en sistema inglés se hizo la transformación de todo a

sistema inglés para luego volver a sistema internacional, con la finalidad de no

tener problemas en el momento de realizar los cálculos pertinentes.

Se escogió un coeficiente de rozamiento y con ayuda de la tabla X se

escogieron las otras variables a evaluar:

49.0=f

Tabla 19. Parámetros para un freno de yugo zapata circular

Fuente: Diseño en Ingeniería Mecánica. Página 1030.

5.0

4

938.0

=

=

=

eR

ine

δ

Despejando el valor de R

inR

R

eR

2

5.0*4

5.0*

=

=

=

Con este valor se procede a calcular el valor del radio efectivo

inr

r

er

e

e

e

75.3

4*938.0

*

=

=

= δ

Después de haber calculado este valor, se reemplaza en la ecuación del torque

el valor de la fuerza necesaria para poder frenar el disco.

lbfF

ininlbfF

rfTF

e

599.216

75.349.0*98

*

=

−3

=

=

Con este valor de fuerza se pasó a comprobar que el material sirve para poder

realizar la prueba de carga variable, para esto se calculó la presión máxima

que se podrá ejercer con este dispositivo y de ahí se dedujo, con ayuda de la

tabla de propiedades del material, si este cumple con los requisitos necesarios

para la realización exitosa de la prueba.

( )

PsiP

P

PrP

PsiP

inlbfP

RFP

prome

prom

prom

prom

63.64

75.3*23.17

*

23.17

2*599.216

*

max

max

max

2

2

=

=

=

=

=

=

π

π

Verificando el valor de la presión máxima obtenida y comparándolo con las

propiedades del material, se pudo establecer que el material es capaz de

soportar esta carga.

Para el material que no debe ser asbesto moldeado rígido se realizaron los

mismos cálculos y se obtuvieron los siguientes resultados:

2*5.0

5.0

4

938.0

*398

63.0

=

=

=

=

=

=

R

eR

ine

inlbfT

f

δ

( )

PsiP

P

PsiP

inlbfP

lbfF

ininlbfF

inr

inr

inR

prom

prom

e

e

27.50

75.3*40.13

40.13

2*466.168

466.168

75.3*63.0*398

75.3

4*938.0

2

max

2

=

=

=

=

=

=

=

=

=

π

max

Volviendo al sistema métrico adoptado desde el comienzo la fuerza equivalente

y la son: maxP

PsiPsiP

NlbfF

34659927.50

685.722466.162

max ==

==

Al comparar los datos obtenidos con los 2 materiales se observa que con el

asbesto no moldeado rígido se obtienen mejores resultados debido a que la

fuerza necesaria para poder frenar el motor y generar el torque necesario

durante la prueba, es menor que con el material de zapatas de asbesto

moldeado rígido.

Con este resultado se procedió a realizar los planos de acuerdo con las

medidas obtenidas. Estas piezas fueron modeladas en el programa Solid edge.

4.1.9 Cálculo del eje de acoplamiento del disco con el torquímetro

Para la fabricación del eje se consideraron como opción los siguientes metales

comerciales:

Selección de aceros para la fabricación de ejes

Tipo de eje a fabricar

Material norma S.A.E/ A.I.S.I.

Característica Dureza de trabajo en

HRC

Gran tenacidad y baja dureza.

1020 Baja resistencia mecánica Cementado a 40 - 45 HRC

Ejes de amortiguadores

1035 Resistencia mecánica media

Templado a 40 – 45 HRC

Ejes para motores 1035 Fácilmente soldable con pre y post calentamiento


Ejes de alta torsión 4140 Buena resistencia mecánica, se suministra

en estado Bonificado

Bonificado con 88-100

Kg/mm2 Ejes para carros y

camiones 4340 Alta resistencia mecánica,

se Suministra en estado Bonificado

Bonificado a 28-32 HRC

Ejes de transmisión de

gran dimensión.

4340 Buena templabilidad, tenacidad y resistencia a

la fatiga


Ejes Ranurados. 8620 Cementado y templado ofrece muy buena dureza

superficial y gran tenacidad en el núcleo.

Cementado a 55 – 60 HRC

De acuerdo con la tabla anterior se escoge un acero 1035 debido a que la

aplicación no requiere un alto torque y es el tipo de acero recomendado para

ejes de este tipo.

El momento torsor se define por la siguiente ecuación:

Como se tiene el valor del momento torsor que se va a aplicar en el eje que tiene un valor de:

Se multiplica por un factor de seguridad de 1.5 y se procede a realizar el cálculo del eje para verificar que este va a soportar el trabajo al cual va a ser sometido. Para esto de la ecuación del momento torsor se despeja el esfuerzo admisible en el eje y se compara con el esfuerzo admisible del acero 1030. Prosiguiendo de esta manera se realizan los siguientes cálculos:

El esfuerzo torsor admisible por el acero 1030 es de 25MPa lo que quiere decir que el material va a soportar el momento torsor al cual será sometido sin ningún problema.

4.1.10 Cálculo del sistema de accionamiento del freno

Para saber que tipo de pistón se debe utilizar, con ayuda de los cálculos

obtenidos de la fuerza necesaria que se debe realizar sobre el disco que va a

frenar el eje del motor para generar el torque preciso para realizar la prueba, y

además con ayuda del programa de selección de elementos neumáticos

necesarios para el montaje, Propneu de la compañía Festo, se escogen

después de realizar los siguientes cálculos.

. F= P*A

162.465=P*2

P=81.23Psi

P=5.60Bar

La densidad del asbesto es de 2.2g/cm3

Como la pieza de asbesto debe medir 2 pulgadas lo que equivale a 5.08cm,

hallamos el volumen de la pieza para luego poder hallar el peso total de esta y

así calcular la fuerza que debe hacer el cilindro para poder mover este

elemento.

V=π*r2*h

V= π*(2.54)2*8

V=162.146cm3

Con el volumen ahora se calcula el peso

Peso= 356.772 g

Teniendo estos datos y con ayuda del programa de Festo para la adecuada

selección de elementos para realizar el montaje se obtuvieron los siguientes

datos.

Tabla 20. Resultados de la simulación en el cilindro

Fuente: Propneu de acuerdo a los datos suministrados por el autor.

Estos datos representan los valores a los cuales va a trabajar el actuador. A

continuación se observarán los datos obtenidos de la simulación donde se

puede apreciar el comportamiento del pistón y su forma de trabajo en un

determinado espacio de tiempo.

Grafico 19. Graficas de velocidad, aceleración, presión y recorrido del actuador

Fuente: Programa Propneu de acuerdo a los datos suministrados por el autor.

Como se puede ver en estas gráficas del comportamiento del actuador su

velocidad y aceleración son altas, por lo cual con ayuda de la válvula

reguladora se ha de cambiar esto para que no sea un movimiento brusco y que

la aplicación de la carga sea gradual y en forma ascendente.

Los elementos que se deben escoger para realizar el montaje aparecen a

continuación:

Cilindros de carrera corta AEVC-32-25-A-P-A

Criterio Característica Carrera 25 mm Diámetro del émbolo 32 mm fuerza de reposición del muelle, posición retraída 22 N

ISO 6431 Patrón de taladros En base a la norma VDMA 24562

Amortiguación P: elastische Dämpfungsringe/-platten beidseitig

Posición de montaje Indistinto Forma de funcionamiento de simple efecto Compresión Construcción Émbolo Vástago Detección de la posición Para detectores de posición Presión de funcionamiento 1 - 10 bar

Fluido Aire seco, lubricado o sin lubricado

Clase de resistencia a la corrosión KBK 1 Temperatura ambiente -20 - 80 °C Fuerza teórica con 6 bar, avance 450 N Masa móvil 67 g Peso del producto 390 g

a elegir: con taladro pasante Tipo de fijación con accesorios

Conexión neumática G1/8 Fuente: Programa Propneu de Festo de acuerdo con los datos suministrados por el autor.

En el anexo A se pueden encontrar los elementos necesarios para la instalación del actuador. 4.1.11 Cálculo del caudal de aire consumido por el actuador:

( )⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛∗∗⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ∗−∗+⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= crndDcDcQ

44**

222 ππ

barr

barP

barPP

PPr

menvastagodediametrodcompresionderelacionr

segundoportrabajodeciclosdenumeroelnembolomenactuadordeldiametroD

mencarreracsmenovolumetriccaudalQ

c

aatmosferic

trabajo

aatmosferic

aatmosferictrabajoc

c

923,6

013,1

6

)(

/3

=

=

=

+=

======

4.2 SELECCIÓN DEL SISTEMA MEDIDOR DEL TORQUE EN EL MOTOR

La medición de torque en los motores en general es de carácter complejo, ésta

se puede realizar por medio de cálculos matemáticos o por medio de

instrumentos de medición. Para el desarrollo de este sistema en este proyecto

se pensó en realizar diferentes pruebas a motor de arranque C5120 para

calcular por medio de ecuaciones matemáticas el torque que este genera en

cierto período de tiempo.

Debido a la imposibilidad de interactuar directamente con el motor y realizar

dichas mediciones para así poder elaborar la solución por esta forma, se buscó

por Internet y en diversos catálogos de sensores una posible respuesta al

problema de la medición del torque.

Producto de esta investigación se localizó la empresa Omega la cual fabrica

sistemas y elementos para medición a todo nivel y de acuerdo a las

necesidades del interesado.

Para este proyecto se tuvo en cuenta el modelo TQ 505 que sirve para realizar

la medición de torque que se va a generar con ayuda del freno. El

funcionamiento de este modelo es una combinación de mecánica y electrónica.

Para ver detalles de sus dimensiones y capacidades ver anexo B.

El diseño mecánico consiste en un cuerpo base con un pie y elementos de

medida reemplazables. Estos están conectados al cuerpo base por medio de 4

tornillos. El torque es transmitido por medio de dos conectores. En el centro de

estos conectores se conecta el enchufe que transmite los valores medidos. El

elemento que mide consiste en una barra de esfuerzo de torsión que tiene unas

galgas de tensión. En el borde del elemento de medición se encuentra un

calibrador que es utilizado para el ajuste de la ganancia después de haber

cambiado un elemento de medida.

El cuerpo base contiene los sistemas electrónicos necesarios. Una parte de

estos elementos se encuentran en el eje que gira, los otros en la caja al tope

del torquímetro. Las bobinas requeridas para transmitir los valores medidos

desde la parte estacionaria hasta la parte rotatoria del sistema también se

encuentran alojados en este sitio.

Grafico 20. Diseño mecánico.

Fuente: www.omega.com

Básicamente funciona con una transmisión de señal de frecuencia modulada.

Su alimentación de voltaje es por medio de una fuente de 24 Vac. Un

transformador rotacional es utilizado para transmitir el voltaje AC de excitación.

Las líneas de flujo magnético son producidas por la aplicación de un voltaje

variante en el tiempo a una de estas bobinas. La señal de frecuencia modulada

transmitida pasa a través de un Schmitt trigger y a un conversor de

frecuencia/voltaje,

Este voltaje se aplica a la entrada de un amplificador que da una salida análoga

de ± 10V de acuerdo a la dirección de rotación. (10v a torque nominal).

Grafico 21. Modelo electrónico del torquímetro


Para el momento del montaje se sugiere por parte del fabricante la utilización

de acoplamientos cortos entre los ejes si la velocidad del eje va a ser alta. En

este caso se va a manejar una velocidad máxima de 5505 RPM durante la

prueba de vacío. Por esta razón se ha de diseñar acoplamientos cortos entre

los ejes.

Grafico 22. Acoples entre ejes


http://www.omega.com/

Grafico 23. Sugerencia de ensamble.


En el momento de realizar el ensamble entre las partes se debe ser cuidadoso

de no exceder los esfuerzos soportados por los ejes, la capacidad del

torquimetro y las especificaciones en general de este. Estas especificaciones

se encuentran en el anexo B.

Este torquímetro cuenta con una gran ventaja y es que contiene en su interior

un sensor de velocidad del eje. Por esta razón es conveniente utilizar el sensor

de este debido a que representa una facilidad a la hora de realizar el montaje y

sobre todo por el ahorro que representa utilizar este accesorio del torquímetro.

Para el sensor de velocidad se aprovechó que el torquímetro trae a su vez un

sensor de velocidad del cual se tienen las siguientes especificaciones:

Tabla 21. Características del sensor de velocidad

Funcion PIN Descripción


0V 1 Receptor de señal 12V a 24V dc a 2kΩ 2 Salida (receptor +

fuente) 0V 3 Suministro para el

emisor 50 mA 4 Suministro de corriente

para emisor Fuente: www.omega.com

Grafico 24. Sensor de velocidad torquímetro TQ 505

Grafica y tabla tomadas del manual del torquímetro TQ505.


4.3 ESTRUCTURA DEL BANCO

Para la estructura del banco se tuvieron en cuenta varios materiales, de los

cuales para esta parte se escogió el acero cold rolled para las láminas que

protegerán el banco y para la estructura se escogió un acero estructural debido

a su bajo costo y excelentes propiedades físicas para este tipo de aplicación.

4.3.1 Cálculos estáticos de la viga


De acuerdo con las fuerzas estáticas a las cuales va a estar expuesta la

estructura y teniendo en cuenta el peso aproximado de los materiales junto con

el peso de los elementos a utilizar se realizaron los siguientes cálculos:

El peso de todos los elementos más el peso de la estructura se aproxima a

40Kg

Teniendo en cuenta la forma de la estructura se aprecia que esta consta

básicamente de vigas y columnas, utilizando las ecuaciones estáticas para el

cálculo de vigas y las fuerzas a las cuales se encuentran expuestas se calcula

el tipo de perfil que se va a utilizar.

Para la viga se tienen las siguientes variables:

Las fuerzas que va a soportar la viga están distribuidas a lo largo de esta. Por

lo tanto en el gráfico 28, se puede ver como va a estar la viga sometida a las

cargas.

Grafico 25. Distribución de cargas a lo largo de la viga

Grafico 26. Diagrama de fuerza cortante

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

1 2Serie1

En la anterior gráfica se puede observar los puntos donde se van a presentar

los mayores esfuerzos cortantes en la viga.

Grafico 27. Máximo esfuerzo flector

4.3.2 Selección del perfil

Para la selección del perfil se optó por utilizar uno de forma cuadrada debido en

parte a la estética final del banco.

El material a utilizar es acero estructural A36 del cual se tienen en cuenta las

siguientes propiedades para el cálculo del perfil:

Se realizaron los siguientes cálculos para escoger el perfil a utilizar de acuerdo

a los tamaños comerciales existentes en el mercado:

De acuerdo con las tablas comerciales se ubicó uno con las siguientes

especificaciones

Para este tipo de aplicación se tomó un factor de seguridad de 2 lo que permite

asegurar que la estructura va a estar diseñada por encima de los límites a los

cuales va a estar expuesta. Como se puede observar en los cálculos obtenidos

el esfuerzo que va a soportar la estructura tiene un valor de 248.208MPa, este

valor al ser comparado con el esfuerzo último del material el cual es de

399.896MPa reitera y garantiza que la viga no va a fallar.

La deformación máxima calculada teniendo en cuenta el factor de seguridad es

de 0.45mm, este valor es mínimo y podría asegurarse que no va a afectar el

funcionamiento de la máquina y reitera el buen funcionamiento que tiene este

perfil para esta aplicación.

4.3.3 Cálculo de las columnas

Factor de fijación de los extremos (K).

CONDICIÓN Ambos extremos

articulados

Ambos extremos fijos

Un extremo fijo y otro

libre

Un extremo fijo y otro articulado

Valor teórico 1.00 0.50 2.00 0.70 Valor práctico 1.00 0.65 2.10 0.80

El radio de giro (r), es la medida de esbeltez de la sección transversal de la

columna, y se calcula como:

Teniendo el radio de giro y la razón de esbeltez ahora se debe proceder a

revisar si se trata de una columna larga o una columna corta.

Para determinar si una columna se comporta como columna larga o como

columna larga, se utiliza un parámetro denominado razón de esbeltez de

transición (Cc), el cual se calcula como:

Se procede entonces a calcular la columna para ver si esta debe ser tratada

como larga o como corta:

De acuerdo con esto la columna debe ser tratada como columna corta y su

carga crítica deberá ser calculada con la fórmula de J.B. Jonson.

Reemplazando los valores en la ecuación se obtiene:

Teniendo estos datos ahora se debe calcular la carga permisible en la columna,

para esto se tiene la siguiente ecuación:

Teniendo el valor de la carga permisible ahora se calculará el valor del esfuerzo

a compresión al cual va a estar sometida la pieza. Este se calcula de la

siguiente forma:

De este resultado se puede observar que la columna es capaz de soportar una

alta carga muy por encima de la que realmente va a soportar. Por esta razón se

puede asegurar que la columna no va a fallar por pandeo ni por compresión

pues el esfuerzo a compresión es mucho menor que el esfuerzo último del

material.

Para cubrir las paredes laterales del banco se utiliza en las tapas una lámina de

acero cold rolled de calibre 22, las cuales van dobladas según se especifica en

los planos.

Para sostener las piezas en su lugar se emplearán tornillos, esto se hace

debido a la facilidad que presentan estos elementos para emplearse en

diversos tipos de aplicaciones. La mayoría de las veces estos se emplean en

lugares donde solo van a soportar cargas estáticas. Para este proyecto se

escogieron tornillos comerciales para las distintas partes de la estructura y del

banco que necesitan estar sujetas.

4.4 ANÁLISIS DE ESFUERZOS

4.4.1 Simulación de la máxima deformación y el máximo esfuerzo en las

vigas

Después de haber realizado los cálculos pertinentes para escoger el tipo de

material y perfil a utilizar durante la fabricación del banco de pruebas para

soportar las cargas se procede a realizar la simulación con los datos obtenidos

en los cálculos con ayuda del programa ANSYS.

En seguida se pueden ver los resultados obtenidos de la simulación para las

vigas que soportarán el peso de los componentes del banco. Este peso

equivale a 392N, las vigas estarán fabricadas en acero estructural A36 y se

encontrarán apoyadas en los extremos.

De la simulación se puede observar que la máxima deformación que va a

sufrir la viga es mínima y se rectifican los datos obtenidos en los cálculos.

Grafico 28. Deformación total en la viga

Fuente: ANSYS

En las siguientes gráficas se puede observar el resultado del ensayo de von-

Mises el cual da como resultado un esfuerzo máximo de 10.27MPa y un factor

de seguridad de 15, esto quiere decir que la pieza no va a fallar y que de

acuerdo con los cálculos la pieza soportará los esfuerzos a los cuales va a

someterse.

Grafico 29. Esfuerzo de von-Mises en la viga

Fuente: ANSYS

Grafico 30. Factor de seguridad en la viga

Fuente: ANSYS


columnas

Las columnas también serán fabricadas en acero estructural A36. Estas serán

sometidas a una carga a compresión de 392N. Estas se encuentran localizadas

entre las vigas y en total son 4. La deformación que sufren es baja, pues es de

orden de 5.81*10-3mm, la cual no afecta el funcionamiento del banco.

Grafico 31. Deformación total en la columna

Fuente: ANSYS

A continuación se puede observar el resultado del ensayo de von-Mises el cual

da como resultado un esfuerzo máximo de 1.52MPa y el factor de seguridad

que se obtiene es de 15, por lo tanto la pieza será capaz de soportar la carga

que le será aplicada sin sufrir un daño significativo.

Grafico 32. Esfuerzo de von-Mises en la columna

Fuente: ANSYS

Grafico 33. Factor de seguridad en la columna

Fuente: ANSYS

4.4.3 Simulación de máximo esfuerzo y máxima deformación en el freno

Aplicando el momento torsor y la presión ejercida por el actuador sobre el disco

del freno se realiza la prueba en ANSYS teniendo en cuenta que el material de

los frenos es Asbesto no moldeado rígido, el material de fabricación del eje es

Acero 1030. El momento torsor en el eje es de 45Nm y la fuerza ejercida por el

actuador es de aproximadamente 720N. Teniendo estos valores la prueba

arroja los siguientes resultados.

Grafico 34. Máxima deformación en el freno

Fuente: ANSYS

La máxima deformación que sufre el disco es de 0.19mm. Esta deformación no

perjudica el sistema de accionamiento de carga al momento de realizar la

prueba.

La prueba de esfuerzo de von-Mises y el factor de seguridad confirman los

datos obtenidos en el cálculo matemático del freno lo cual garantiza un correcto

funcionamiento.

Grafico 35. Esfuerzo de von-Mises en el freno

Fuente: ANSYS

Grafico 36. Factor de seguridad

Fuente: ANSYS

4.4.4 Análisis completo de la estructura

Por último se realizó el análisis de la estructura completa que muestra el

comportamiento de la estructura junto con todos sus elementos y confirma por

último que esta será capaz de soportar todos las cargas y esfuerzos a los

cuales va a estar sometida.

Grafico 37. Máxima deformación en la estructura

4.5 CÁLCULO DE TORNILLOS

Para sujetar las láminas de calibre 22 de acero laminado en frío junto con la

estructura del banco de pruebas se van a utilizar tornillos. Se van a emplear

tornillos debido a la necesidad de manipular piezas al interior del banco.

Al revisar todas las láminas se utiliza para el cálculo la lámina de mayor

volumen puesto que es la que mas carga va a portar al tornillo que lo va a

sujetar.

Esta lámina tiene un peso de 4.8Kg. El material con el que se fabrican los

tornillos es acero de bajo carbono que tiene las siguientes propiedades:

− Esfuerzo admisible a tracción: 413.4GPa

− Esfuerzo admisible a corte: 275.6GPa

Teniendo estos datos se procede a calcular el radio interno del tornillo con el

cual en la tablas de tornillos comerciales se escogerán los que sean los mas

apropiados. Para los tornillos a tracción se tiene la siguiente ecuación:

Despejando en la ecuación los valores se tiene:

Teniendo el radio interno del tornillos ahora se debe hallar el radio externo que

es con el cual se compran los tornillos comercialmente. Para hallarlo se tiene la

siguiente ecuación:

Teniendo la altura de la espira se calcula el diámetro exterior mínimo requerido

para soportar la carga.

Ahora lo siguiente es realizar el cálculo a corte del tornillo para así verificar cuál

es el calculo a realizar va a ser el del tornillo sometido a corte lo cual entregará

otro valor de diámetro y con el mayor se escogerá el tornillo comercial a utilizar.

Para el cálculo por corte se tiene la siguiente ecuación:

Reemplazando los valores se tiene el siguiente resultado

Con la altura de la espira calculada se halla el radio externo del tornillo y se

compara con el dato del radio obtenido por tracción.

De acuerdo con esto el diámetro va a ser de 3.2mm. Comercialmente se

encuentra un tornillo de las siguientes especificaciones:

TOR HEX MM CLASE 8.8 UNC NEG PASO 0.70 4mm

De la empresa Tornillos y Partes Plaza Ltda.

Entonces para la construcción de la estructura se necesitarán 120 tornillos de

la siguiente especificación teniendo en cuenta el calibre de las láminas, junto

con los tubos y sus respectivas tuercas:

TOR HEX MM CLASE 8.8 UNC NEG PASO 0.70 4 X 13

Son tornillos de 4mm de diámetro y 13mm de largo que se ajusta a las

necesidades de fabricación de la estructura.

5. CONCLUSIONES

A medida que pasa el tiempo y llegan nuevas tecnologías y maquinaria al páis

se hace necesario la inclusión de avances propios, es decir, proyectos

desarrollados con mano de obra Colombiana para suplir las necesidades de

este mercado, puesto que la necesidad de realizar mantenimiento de todo tipo

a la maquinaria extranjera se hace cada vez mas necesario debido al desarrollo

industrial que ocurre en el país.

Gracias a la Ingeniería Mecatrónica y a los conocimientos adquiridos durante

su estudio se pudo cumplir con los objetivos planteados al inicio de esta

investigación, para poder así resolver el problema planteado, con ayuda de

temas como automatización, diseño mecánico y el estudio de motores.

En este proyecto se desarrolló principalmente la parte mecánica del banco de

pruebas, esto se realizó con la ayuda de libros de diseño mecánico, se hizo el

análisis necesario para la construcción del banco de pruebas. Para esto el

proyecto en su parte mecánica se dividió en 2 grandes núcleos.

El desarrollo del núcleo estructural se llevó acabo con el análisis de las fuerzas

estáticas que iban a estar presentes y que deberían ser soportadas por la

estructura. Después de haber hecho los cálculos de las fuerzas y esfuerzos

que iba a soportar el banco se procedió a validar los cálculos con ayuda de una

simulación en el programa ANSYS. Los resultados obtenidos tanto en los

cálculos como en la simulación fueron positivos puesto que la estructura se

diseñó para que fuera capaz de soportar lo necesario teniendo en cuenta el

factor de seguridad escogido de acuerdo con la aplicación y finalmente se

puede decir que la estructura cumplirá su tarea.

El segundo gran núcleo, fue el desarrollo del módulo de carga que iba a aplicar

el torque necesario para la realización satisfactoria de la prueba. Para esto se

tuvieron en cuenta varias soluciones de las cuales por medio de un método

cuantitativo y cualitativo de selección, se escogió un modelo que fuera capaz

de aplicar la carga necesaria para la realización de la prueba y con la menor

cantidad de pérdidas posible. Después de haber realizado los cálculos

pertinentes y haber realizado las simulaciones del sistema de carga se llega a

la conclusión que el sistema de freno proporciona una solución efectiva,

económica y segura para la realización de la prueba.

A futuro se pretende emplear este conocimiento sobre pruebas a la compañía

Avianca para su inclusión dentro del programa de mantenimiento a las

Aeronaves de la flota que manejan.

Finalmente con esta prueba se logra reducir el tiempo de mantenimiento en un

alto porcentaje, debido a que por la falta del equipo para realizar la prueba en

los hangares de Avianca, la prueba era realizada en el exterior, donde los

motores podrían durar de 1 a 3 meses en otro país, para la realización de una

prueba que no lleva mas de 2 minutos realizar.

El banco de pruebas acá desarrollado logra reducir los tiempos de

mantenimiento, es resistente y representa una solución efectiva y viable al

problema planteado al comienzo de esta investigación.

BIBLIOGRAFÍA

SHIGLEY, Joseph y MISCHKE, Charles. Diseño en Ingeniería Mecánica. Mc

Graw Hill. Sexta edición. 2002. 1258p.

CHAPMAN, Stephen. Máquinas eléctricas. Mc Graw Hill. Tercer edición. 2000.

768p.

Fokker. [ en línea ]. disponibilidad en www.myfokkerfleet,com

Avianca. [en línea ]. disponibilidad en www.avianca.com



ANEXO A Partes para la construcción del freno neumático Amortiguador YSR-5-5-C

Criterio caracteristica Tamaño 5 Carrera 5 mm Amortiguación Curva característica dura Autorregulable Posición de montaje Indistinto Detección de la posición Ohne Velocidad máxima del impacto 2 m/s Tiempo de recuperación corto 0,2 s Tiempo de recuperación largo 1 s Forma de funcionamiento de simple efecto Compresión Clase de resistencia a la corrosión KBK 2 Temperatura ambiente -10 - 80 °C Carrera de amortiguación 5 mm Fuerza máxima del impacto 200 N Consumo máximo de energía por carrera

1 J

Consumo máximo de energía por hora 8000 J Energía residual máxima 0,01 J Fuerza de reposición 0,7 N Peso del producto 9 g

Válvula de estrangulación y antirretorno GRLZ-1/8-QS-8-D

Criterio Característica Función de las válvulas Válvula reguladora de caudal,

antirretorno del aire de alimentación Conexión neumática 1 QS-8 Conexión neumática 2 G1/8 Elemento de ajuste Tornillo con cabeza ranurada Tipo de fijación Atornillable Caudal nominal normal en el sentido de la estrangulación 215 l/min Caudal nominal normal en el sentido del antirretorno 175 - 250 l/min Presión de funcionamiento 0,2 - 10 bar Temperatura ambiente -10 - 60 °C Fluido Aire comprimido filtrado, sin ubricar,

grado de filtración de 40 µm Aire comprimido filtrado y lubricado,

grado de filtración de 40 µm Posición de montaje Indistinto Caudal estándar en sentido de regulación del flujo: 6 -> 0 bar 370 l/min Caudal estándar en sentido de bloqueo: 6 -> 0 bar 390 - 470 l/min Temperatura del medio -10 - 60 °C Par de apriete máximo 3 Nm Peso del producto 22 g

Tubo de material sintético PUN-V0-8x1,25-BL

Criterio Característica Diámetro exterior 8 mm Radio de flexión relevante para el caudal 37 mm Diámetro interior 5,7 mm Radio máximo de curvatura 18 mm Presión de funcionamiento en función de la temperatura -0,95 - 10 bar Fluido Aire comprimido filtrado Vacío Clase de protección contra incendios según UL94 V0-V2 Temperatura ambiente -35 - 60 °C Homologación TÜV Peso del producto según la longitud 0,031 kg/m Color Azul

Electroválvula CPV14-M1H-2x3-OLS-1/8

Criterio Característica Función de las válvulas 3/2 abierta monoestable Tipo de accionamiento Eléctrico Ancho 14 mm Caudal nominal normal 800 l/min Presión de funcionamiento -0,9 - 10 bar Construcción Corredera Tipo de reposición muelle neumático Diámetro nominal 6 mm Patrón 14 mm Función de escape no estrangulable Principio de hermetización Blando Posición de montaje Indistinto Accionamiento manual auxiliar con accesorios enclavables Tipo de control Prepilotado Alimentación del aire de control Externo Sentido del flujo no reversible Presión de control >= 3 bar Valor B 0,42 Valor C 3,2 l/sbar Desconexión del tiempo de conmutación 30 ms Conexión del tiempo de conmutación 24 ms Fluido Aire comprimido filtrado, sin ubricar,

grado de filtración de 40 µm

Tubo de material sintético PUN-3x0,5-BL

Criterio Característica Diámetro exterior 3 mm Radio de flexión relevante para el caudal 12 mm Diámetro interior 2,1 mm Radio máximo de curvatura 9 mm Presión de funcionamiento en función de la temperatura -0,95 - 10 bar Fluido Aire comprimido filtrado Vacío

Silenciadores U-1/8

Criterio Característica Posición de montaje Indistinto Presión de funcionamiento 0 - 10 bar Caudal contra atmósfera 2050 l/min Fluido Aire comprimido filtrado, sin lubricar Aire filtrado y lubricado Aire seco, lubricado o sin lubricado Nivel de ruido 77 dB(A) Temperatura ambiente -10 - 70 °C Peso del producto 2 g Conexión neumática G1/8 Información sobre el material del amortiguador PE Indicación sobre el material Exento de cobre y PTFE Conforme con RoHS

ANEXO B

Torquímetro TQ505

Dimensiones en pulgadas (mm)

Diseño eléctrico Diseño mecánico

Montaje sugerido

Conexión de Pines

ANEXO C

Materiales para la construcción del freno








4. HIPÓTESIS







2007






Bogotá 2007

____________________________

____________________________

____________________________

____________________________


____________________________



















- Fokker F-50 - MC 5120

- Carga Variable

CONTENIDO

pág.

INTRODUCCIÓN


1.1 ANTECEDENTES 1







1.5.1 Alcances 6























fluidos

34






2.2.7.1.1.1 Zapatas 40







2.2.8 Actuadores 48











2.2.9 Sensores 52


3. METODOLOGÍA 54




3.4 HIPÓTESIS 55

3.5 VARIABLES 55











59

60




torquímetro

71




EL MOTOR

79








96



99




5. CONCLUSIONES 108

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

LISTA DE GRÁFICOS

pág.




alimentación.

18


















76






LISTA DE TABLAS

pág.








30


Sección Circular

31


Sección Cuadrada

31






carga

61



freno

62


yugo

64



rígido

66


circular

67



INTRODUCCIÓN

























presentado fallas.































estos procesos.


















tiempo.







tarjeta de control.














investigación:




1.3 JUSTIFICACIÓN










funcionamiento.




























y técnicos.























1.5.2 Limitaciones






























2.1.2 Los metales2



















Brinell (HB).














grano.










fractura.


















































ensayos.

















funcionar el motor.






resbaladizo.























F = p . A

donde:

F = Fuerza


















Mobil Aceite 291

or MIL-L-7808



Aeroshell 390

Castrol 325



OTO5601


Embrague:





acople):

247.52mm






MS3332(AS)

Largo: 39.50mm

Diámetro: 299.72mm


Peso: 0.98kg

2.2.2 Fue


Modelo: 11-6621-1000

Serial: 500078


Corriente

(A)

Tiempo

(s)

2000 6

1000 120

700 1800






Corriente Vs Tiempo

0

500

1000

1500

2000

2500

6 120 1800

Tiempo (s)

Corr

ient

e (A

)

Serie1















rev/min.










velocidad de eje.







son:













son:



inspección.




horas.







intento.









refrigeración.





motor.















libre.














llenado.






mts.





muchos otros.





diámetros.












de 3 mts.










de 3mts.




industriales.

























- 1/4"= 15.5 % mínimo.

- 5/16"= 180 % mínimo.


precauciones.





FLECHA LONG.


2 x 2 x 3/16 2.440 3.631 21.787

2 x 2 x ¼ 3.190 4.747 28.483

2 1/2 x 2 1/2 x 3/16 3.070 4.569 27.412

2 1/2 x 2 1/2 x ¼ 4.100 6.101 36.609

3 x 3 x ¼ 4.900 7.292 43.752

3 x 3 x 5/16 6.100 9.078 54.467




3/16" a 3/8"

>3/8"(f-mm) (l-mm)

1 1/2",

1 /3/4" y 2" +1.2 +0.25 +0.25 +0.30

2 1/2" y 3" +1.6 +0.30 +0.40 +0.40

3 1/2" y 4" +3.2/-2.4 - - -

2.0 +50


















• Zapata



• Cable de ajuste





Fuente:


2.2.7.1.1.1 Zapatas



compuestas.

























ventilado.


















axial.






Mercedes Benz.





























gastan más pronto.














cilindro.




de frenado.


escalonada.
















económico.





tipos.




movimiento.


trasera o doble.










diámetro.


siguiente fórmula:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

4***10

2dpF π

ó bien

2**85.7 dpF =

Donde:

F: Fuerza (N)

p: Presión (bar)






fórmula:

( ) 62 10******4−= NPncdQ π

Donde:








2.2.9 Sensores7

















humano.



















































alguna pieza.






















proyecto.























precaución.















• Estructura























motor.




















alta.














1 3 2.5 3.5 5 4 2 20

2 1.5 2.5 1 2 1 1 9

3 1 4 1 3.5 4 4 17.5

4 1 5 1 1 3 4.5 15.5

5 4.5 4 1 2 4 4 19.5

6 4 5 4 4 3 4 24











Frenos

Criterios

Freno de

tambor

Freno de

Disco

Freno de

Cinta

Freno de

Yugo







Frenos

Criterios

Freno de

tambor

Freno de

Disco

Freno de

Cinta

Freno de

Yugo

Montaje 1-5 2.5 1 3 4


Economía 1-5 2.5 1 2.5 4

Partes 1-5 3 2 4 4

Desgaste 1-5 3.5 3.5 3.5 3.5

Total 14.5 11.5 16 18.5














NmT

NmT

TTT

NmT

NmT

7.44

21.463.43

2

1.46

3.43

21

2

1

=

+=

+=

=

=








eer δ=


prompRF ** 2π=


erFfT **=







de fricción f

Presión

máxima

Psi

Instantánea

F

Continua

F

Aplicaciones

Zapatas de

asbesto

moldeado

rígido

0.31-0.49

750

930-1380

440-660

Frenos



características.



de fricción f

Presión

máxima

Psi

Instantánea

F

Continua

F

Aplicaciones

Que no sea

asbesto

0.33-0.63

100-150

500-750

Frenos y

moldeado

rígido

embragues


son los siguientes:


inLbfT

NmT

*398

45

=

=







49.0=f



5.0

4

938.0

=

=

=

eR

ine

δ


inR

R

eR

2

5.0*4

5.0*

=

=

=


inr

r

er

e

e

e

75.3

4*938.0

*

=

=

= δ



lbfF

ininlbfF

rfTF

e

599.216

75.349.0*98

*

=

−3

=

=






( )

PsiP

P

PrP

PsiP

inlbfP

RFP

prome

prom

prom

prom

63.64

75.3*23.17

*

23.17

2*599.216

*

max

max

max

2

2

=

=

=

=

=

=

π

π






2*5.0

5.0

4

938.0

*398

63.0

=

=

=

=

=

=

R

eR

ine

inlbfT

f

δ

( )

PsiP

P

PsiP

inlbfP

lbfF

ininlbfF

inr

inr

inR

prom

prom

e

e

27.50

75.3*40.13

40.13

2*466.168

466.168

75.3*63.0*398

75.3

4*938.0

2

max

2

=

=

=

=

=

=

=

=

=

π

max


y la son: maxP

PsiPsiP

NlbfF

34659927.50

685.722466.162

max ==

==





moldeado rígido.





comerciales:





HRC
















gran dimensión.


la fatiga







ejes de este tipo.







. F= P*A

162.465=P*2

P=81.23Psi

P=5.60Bar





elemento.

V=π*r2*h

V= π*(2.54)2*8

V=162.146cm3


Peso= 356.772 g



datos.








continuación:











( )⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛∗∗⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ∗−∗+⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= crndDcDcQ

44**

222 ππ

barr

barP

barPP

PPr




c

aatmosferic

trabajo

aatmosferic

aatmosferictrabajoc

c

923,6

013,1

6

)(

/3

=

=

=

+=

======


















frecuencia/voltaje,









los ejes.





40Kg








cargas.


-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

1 2Serie1












especificaciones



articulados



libre





siguiente forma:





material.



los planos.









vigas












Fuente: ANSYS





someterse.


Fuente: ANSYS


Fuente: ANSYS


columnas






Fuente: ANSYS






Fuente: ANSYS


Fuente: ANSYS









Fuente: ANSYS



prueba.



funcionamiento.


Fuente: ANSYS


Fuente: ANSYS













sujetar.











5. CONCLUSIONES















BIBLIOGRAFÍA




768p.







1 J



Silenciadores U-1/8


ANEXO B

Torquímetro TQ505



Montaje sugerido

Conexión de Pines

ANEXO C
