Plan de tesis

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER

FACULTAD DE INGENIERA MECNICAPlan de Tesis

Optimizacin del sistema de limpiaparabrisas para obtener el accionamiento automtico en un automvil Nissan Tiida

Presentado por los Bachiller:

DAMIAN VASQUEZ, AbelLEON QUINCHO, Cristhian

Para Optar el Ttulo Profesional de:

INGENIERO MECNICO

HuancayoPer2013

INDICE

NDICE2RESUMEN31PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA41.1.TEMA DE INVESTIGACIN42FORMULACIN DEL PROBLEMA42.1Problema General43OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN43.1Objetivo General43.2Objetivos Especficos:44JUSTIFICACIN54.1Razones que motivan la investigacin54.2Importancia del tema de investigacin55MARCO DE REFERENCIA55.1ANTECEDENTES:55.2MARCO TERICO65.2.1 COMPONENTES DEL PRINCIPALES SISTEMA DE LIMPIAPARABRISAS.....7 5.2.1 TIPOS DE LIMPIAPARABRISAS.. 95.2.3FUNCIONAMIENTO115.2.4INSTALACIN DEL LIMPIAPARABRISAS 125.2.5AUTOMATIZACIN12 SENSORES14 TIPOS DE SENSORES..14 SENSORES DE LLUVIA.......155.3MARCO CONCEPTUAL175.3.1Definiciones conceptuales175.3.2Definiciones operacionales176.HIPTESIS186.1Hiptesis General18

RESUMEN

En el presente trabajo se desarrolla un prototipo para automatizar el sistema de limpiaparabrisas de un automvil Nissan Tiida mediante el anlisis y configuracin de sus componentes (Motor, Soporte, Ejes de giro, Brazo de mando, Bielas, Manivelas y Plumillas).

As mismo se describe los criterios empleados para el diseo, la seleccin del sensor y se presenta un esquema de instalacin y armado del sistema. Se expone tambin las ventajas del proceso de automatizacin como por ejemplo: aumento de la productividad, reduccin de costos de operacin, aumentando las medidas de seguridad y control.

Finalmente se informa los resultados obtenidos y se llega a la conclusin de que la automatizacin solo es viable si al evaluar los beneficios econmicos y sociales de las mejoras que se podran obtener al automatizar, estas son mayores a los costos de operacin y mantenimiento del sistema.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1. TEMA DE INVESTIGACIN

El presente estudio consiste en optimizar el funcionamiento del sistema de limpiaparabrisas configurando sus componentes (Motor, Soporte, Ejes de giro, Brazo de mando, Bielas, Manivelas y Plumillas) con el fin de obtener el accionamiento automtico en un automvil Nissan Tiida.

FORMULACIN DEL PROBLEMA

Problema General

En base a los planteamientos establecidos en el tem anterior se formula la siguiente interrogante:

Cmo optimizar el funcionamiento del sistema de limpiaparabrisas para obtener el accionamiento automtico en un automvil Nissan Tiida?

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN

Objetivo General

Optimizar el funcionamiento del sistema de limpiaparabrisas mediante el anlisis y configuracin de sus elementos para obtener el accionamiento automtico del limpiaparabrisas de un automvil Nissan tilda.

Objetivos Especficos:

Describir los componentes del sistema de limpiaparabrisas tales como (Motor, Soporte, Ejes de giro, Brazo de mando, Bielas, Manivelas y Plumillas)

Relacionar los componentes del sistema de limpiaparabrisas

Realizar los planos de montaje haciendo uso de un software CAD de diseo JUSTIFICACIN

Razones que motivan la investigacin

Las razones que nos motivan a realizar el presente estudio son:

Reducir la intervencin humana en el proceso de accionamiento del sistema e incrementar acciones de seguridad. Factibilidad tcnica en procesos y en operacin de equipos. Reducir el tiempo de procesamiento de informacin, para obtener una respuesta inmediata ante estos estmulos.

Importancia del tema de investigacin

En la presente investigacin, la importancia de la automatizacin del sistema de limpiaparabrisas es aprovechar las innovaciones tecnolgicas para proveer mayor comodidad y seguridad a los usuarios, automatizando dicho sistema mantendremos un grado de visibilidad que sea confortable y seguro para los ocupantes de un automvil en movimiento.

MARCO DE REFERENCIA

ANTECEDENTES:

En la Facultad de Ingeniera Elctrica-Electrnica y Sistemas de la UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER se halla la tesis: Estudio de la factibilidad para la automatizacin de una planta concentradora, presentado por Medina Arteaga Camilo Santiago, en el ao 1998, para optar el ttulo profesional de Ingeniero Electricista cuya conclusin es la siguiente:

La fuente principal cuantificable, es el incremento de la productividad, el ahorro de la energa y reduccin de costos de operacin. El incremento de produccin producto de la implementacin del sistema es del orden de 5%, el cual se recupera en menos de un ao. As mismo en la facultad de ingeniera mecnica de la UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA se halla la tesis Automatizacin del sistema de control del proceso de extrusin de mangas de polietileno en una planta de 450 tn/mes de produccin presentado por Arias Mena Tefilo Edgar, en el ao 2011, para optar el ttulo profesional de Ingeniero Mecnico, cuya conclusin fue la siguiente:

Es posible automatizar el sistema de control del proceso de extrusin de mangas de polietileno de la planta de 450 tn/mes de modo que se aument la produccin en 33.3%.

As mismo se encontr en la carrera de ingeniera mecnica automotriz de la UNIVERSIDAD POLITCNICA SALESIANA- ECUADOR, la tesis Automatizacin de funciones manuales en vehculos convencionales, presentado por Meja Patio Juan Carlos, en el ao 2005, para optar el ttulo profesional de Ingeniero Mecnico Automotriz cuya conclusin es la siguiente:

Al automatizar las diversas funciones manuales de los vehculos, logramos encender automticamente las plumillas ayudando as al conductor en caso se presente las condiciones de lluvia el dispositivo de limpiaparabrisas se active directamente en la velocidad alta o baja del mecanismo que corresponde a la intensidad de lluvia que capte el sensor.

MARCO TERICO

SISTEMA DE LIMPIAPARABRISAS

Segn Manuel Sanlen Carln (2004), el limpia-parabrisas desarrolla en el vehculo una funcin importante para la seguridad del conductor, proporcionndole visibilidad adecuada en cualquier circunstancia de marcha: lluvia, nieve, barro, polvo, etc. ltimamente, por el diseo que estn adquiriendo las carroceras de los vehculos, se hace necesario la incorporacin del limpiaparabrisas en la parte posterior (limpialuneta) aumentando la visibilidad y, con ello, la seguridad en la conduccin. El limpiaparabrisas est constituido por un pequeo motor elctrico, equipado con un sistema de reduccin y un mecanismo de transmisin, que transmite el movimiento del motor a los ejes-brazos raquetas y sus correspondientes escobillas de goma, que se desplazan por delante del parabrisas, retirando el agua que en l se deposita. El sistema de reduccin de velocidad incorporado al motor elctrico, transforma la velocidad del rotor o inducido (2.500 a 3.000 r.p.m.), en otra adecuada a los ejes-brazos raquetas de 50 a 70 oscilaciones por minuto. El motor elctrico es de induccin por imanes permanentes y debe tener la potencia necesaria para vencer el rozamiento que existe entre las escobillas de goma y el parabrisas del vehculo, en cualquiera de las condiciones de funcionamiento. 5.2.1 COMPONENTES PRINCIPALES DEL SISTEMA LIMPIAPARABRISAS

MOTOR Michael Faraday (1821), unmotor elctricoes una mquina elctricaque transforma energa elctrica enenerga mecnicamediante interacciones electromagnticas.

En la actualidad todos los motores limpiaparabrisas disponen de dos velocidades, lenta y rpida, esta ltima, se obtiene alimentando el colector mediante una tercera escobilla desfasada de las otras dos.

Figura 1: Motor para sistema de transmisin biela- manivelaFuente: www.educa.madrid.org/web/ies...alcala/Limpiaparabrisas_Word.pdfSoporte de motor Segn Manuel Sanlen Carln (2004), es una pieza de aluminio obtenida mediante fundicin inyectada, se acopla a la carcasa por medio de un rebaje circular exterior y dispone de tres apoyos con taladros roscados, para su fijacin al vehculo o a la placa soporte del mecanismo de transmisin. El soporte motor difiere principalmente de un limpiaparabrisas a otro en su forma, segn sea el sistema de transmisin de movimiento empleado.

Eje de giro:Encinemtica, es la lnea recta alrededor de la cual se realiza la rotacin, este eje puede permanecer fijo o variar con el tiempo pero para cada instante concreto es el eje de la rotacin.Brazo de mando:Es el componente encargado de transmitir el movimiento generado por el motor hacia las bielas-manivelas.Bielas-manivelas:Segn Juan Zabala (2013), docente de la universidad Santiago de Cali, es unmecanismoque transforma un movimiento circular en un movimiento de traslacin, o viceversa. En forma esquemtica, este mecanismo se crea con dos barras unidas por unaunin de revoluta. El extremo que rota de la barra (la manivela) se encuentra unida a un punto fijo, el centro de giro, y el otro extremo se encuentra unido a la biela.Plumillas o escobillas:Segn Mayra Gabriela Cabascango Ona (2012), define a las escobillas como: elemento utilizado capaz de limpiar el patrn de barrido efectivo, apto para recibir presin de un brazo, comprimiendo un dispositivo adecuado, que soporta y controla un elemento limpiador.

Figura 2: Componentes del sistema de limpiaparabrisasFuente: 00AUTOTRONA

5.2.2 TIPOS DE LIMPIAPARABRISAS

Por el tipo de mecanismo empleado para transformar el movimiento de rotacin del eje de salida del motor, en movimiento de vaivn en los brazos raquetas, los Limpiaparabrisas se clasifican en los siguientes sistemas: Transmisin por biela-manivela Est formado por una serie de piezas de acero obtenidas por estampacin diseadas con la forma correcta para la transmisin cinemtica del movimiento. El giro del motor es transformado por la manivela solidaria al eje motor, en un movimiento alternativo de vaivn de las barras articuladas (2 y 3), que a su vez, se transmite a travs de los brazos (4 y 5) a los ejes secundarios, que realizan finalmente el giro alternativo necesario. Solidarios a estos ejes, van acoplados los brazos raqueta que, con sus correspondientes escobillas de goma, realizarn el movimiento de vaivn previsto por delante del parabrisas.

Figura 3: Transmisin por biela-manivelaFuente: www.educa.madrid.org/web/ies...alcala/Limpiaparabrisas_Word.pdf Transmisin por cable flexible Est formado por uno o dos soportes porta-ejes, unidos por un conjunto de tubos, en cuyo interior se desliza con movimiento alternativo de vaivn el cable flexible, que transmite el giro alternativo a los ejes secundarios. Los ejes secundarios llevan por un extremo soldada una corona dentada para su engrane con el cable flexible, y en el otro, el acoplamiento para fijar el brazo raqueta que, con su correspondiente escobilla de goma, realizar el vaivn de barrido previsto.

Figura 4: Transmisin por cable flexibleFuente: www.educa.madrid.org/web/ies...alcala/Limpiaparabrisas_Word.pdf

Figura 4: Transmisin por cable flexibleFuente: www.educa.madrid.org/web/ies...alcala/Limpiaparabrisas_Word.pdf

0. FUNCIONAMIENTO

Este sistema consiste en transformar exteriormente el movimiento circular de la rueda dentada en movimiento alternativo en los brazos de raqueta por medio de un conjunto de bielas y manivelas. El motor se acopla a un soporte (1) y transmite el movimiento de giro incompleto en los dos sentidos a los ejes (3) por medio del del brazo de mando (2), la biela de unin (4) y las manivelas (5). Estos mecanismos articulados reciben el movimiento del giro excntrico del tetn (9) del extremo de la biela (4) montada en el eje de salida de la rueda reductora del motor.

Figura 5: Esquema de una transmisin biela-manivela para limpiaparabrisasFuente: www.educa.madrid.org/web/ies...alcala/Limpiaparabrisas_Word.pdf0. INSTALACIN DEL SISTEMA DE LIMPIAPARABRISAS (TRANSMISIN BIELA-MANIVELA)

Figura 6: instalacin del sistema de limpiaparabrisasFuente: www.educa.madrid.org/web/ies...alcala/Limpiaparabrisas_Word.pdf

0. AUTOMATIZACIN

Segn Antonio Garca Alans, la utilizacin de captadores o sensores (que son esencialmente instrumentos de medicin, como termmetros o barmetros), se recibe la informacin sobre el funcionamiento de las variables que deben ser controladas (temperatura, presin, velocidad, espesor o cualquier otra que pueda cuantificarse), esta informacin se convierte en una seal, que es comparada por medio de la computadora con la norma, consigna, o valor deseado para determinada variable. Si esta seal no concuerda con la norma de Inmediato se genere una seal de control (que es esencialmente una nueva Instruccin), por la que se acciona un actuador o ejecutante (que generalmente son vlvulas y motores), el que convierte la seal de control en una accin sobre el proceso de produccin capaz de alterar la seal original imprimindole el valor o la direccin deseada.ELEMENTOS DE UNA INSTALACIN AUTOMATIZADA:

MAQUINAS: Son los equipos mecnicos que realizan los procesos, traslados, transformaciones, etc. de los productos o materia prima.ACCIONADORES: Son equipos acoplados a las mquinas, y que permiten realizar movimientos, calentamiento, ensamblaje, embalaje. Pueden ser:Accionadores elctricos: Usan la energa elctrica, son por ejemplo, electro vlvulas, motores, resistencias, cabezas de soldadura, etc.Accionadores neumticos: Usan la energa del aire comprimido, son por ejemplo, cilindros, vlvulas, etc.Accionadores hidrulicos: Usan la energa de la presin del agua, se usan para controlar velocidades lentas pero precisas.PRE ACCIONADORES: Se usan para comandar y activar los accionadores. Por ejemplo, contactores, switchs, variadores de velocidad, distribuidores neumticos.CAPTADORES: Son los sensores y transmisores, encargados de captar las seales necesarias para conocer el estados del proceso, y luego enviarlas a la unidad de control.INTERFAZ HOMBRE-MQUINA: Permite la comunicacin entre el operario y el proceso, puede ser una interfaz grfica de computadora, pulsadores, teclados, visualizadores, etc.ELEMENTOS DE MANDO: Son los elementos de clculo y control que gobiernan el proceso, se denominan autmata, y conforman la unidad de control.

Los sistemas automatizados se conforman de dos partes: parte de mando y parte operativa:

PARTE DE MANDO: Es la estacin central de control o autmata. Es el elemento principal del sistema, encargado de la supervisin, manejo, correccin de errores, comunicacin, etc.PARTE OPERATIVA: Es la parte que acta directamente sobre la mquina, son los elementos que hacen que la mquina se mueva y realice las acciones. Son por ejemplo, los motores, cilindros, compresoras, bombas, rels, etc.SENSORES

Segn Dani Meganeboy (2012), unsensores un dispositivo capaz de detectar magnitudes fsicas o qumicas, llamadas variables de instrumentacin, y transformarlas en variables elctricas. Las variables de instrumentacin pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumnica, distancia, aceleracin, inclinacin, desplazamiento, presin, fuerza, torsin, humedad, movimiento,pH, etc. Una magnitud elctrica puede ser unaresistencia elctrica(como en unaRTD), unacapacidad elctrica(como en unsensor de humedad), unaTensin elctrica(como en untermopar), una corriente elctrica(como en unfototransistor), etc.

TIPOS DE SENSORES:

Tabla 1: Tipos de SensoresFuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor

MagnitudTransductorCaracterstica

Posicin lineal o angularPotencimetroAnalgica

EncoderDigital

Sensor HallDigital

Desplazamiento y deformacinTransformador diferencial de variacin linealAnalgica

Galga extensiomtricaAnalgica

MagnetoestrictivosA/D

MagnetorresistivosAnalgica

LVDTAnalgica

Velocidad lineal y angularDinamo tacomtricaAnalgica

EncoderDigital

Detector inductivoDigital

Servo-inclinmetrosA/D

RVDTAnalgica

Girscopo

AceleracinAcelermetroAnalgico

Servo-accelermetros

Fuerza y par (deformacin)Galga extensiomtricaAnalgico

TriaxialesA/D

PresinMembranasAnalgica

PiezoelctricosAnalgica

Manmetros DigitalesDigital

CaudalTurbinaAnalgica

MagnticoAnalgica

TemperaturaTermoparAnalgica

RTDAnalgica

Termistor NTCAnalgica

Termistor PTCAnalgica

[Bimetal - Termostato ]]I/0

Sensores de presenciaInductivosI/0

CapacitivosI/0

pticosI/0 y Analgica

Sensores tctilesMatriz de contactosI/0

Piel artificialAnalgica

Visin artificialCmaras de videoProcesamiento digital

Cmaras CCD o CMOSProcesamiento digital

Sensor de proximidadSensor final de carrera

Sensor capacitivoAnalgica

Sensor inductivoAnalgica

Sensor fotoelctricoAnalgica

Sensor acstico (presin sonora)micrfonoAnalgica

Sensores de acidezIsFET

Sensor de luzfotodiodoAnalgica

FotorresistenciaAnalgica

FototransistorAnalgica

Clula fotoelctricaAnalgica

Sensores captura de movimientoSensores inerciales

SENSOR DE LLUVIA:

Un sensor de lluvia es un dispositivo electrnico que cambia su valor de acuerdo con la precipitacin de lluvia. Hay dos tipos principales de sensores de lluvia. El primero es un dispositivo que acumula agua y que est conectado a un sistema automtico de riego que provoca el apagado del sistema en caso de lluvia. El segundo es un dispositivo utilizado para proteger el interior de un vehculo de lluvia y para posibilitar el funcionamiento automtico del limpiaparabrisas segn la intensidad de la lluvia. Una aplicacin adicional, en las antenas de comunicaciones por satlite profesionales, arranca un soplador de aire que elimina las gotas de agua de la superficie de la membrana que cubre la boca del alimentador de la antena.

Figura 7: Esquema de captador de lluviaFuente : http://www.aficionadosalamecanica.net/detector_lluvia.htm

Figura 8: Modelos de sensores pticosFuente : http://www.aficionadosalamecanica.net/detector_lluvia.htmEl principio de funcionamiento de este dispositivo electrnico consiste en aprovechar las ventajas de un principio de reflexin total que se establece en el espesor del cristal del parabrisas. La entrada de la luz hacia los prismas y finalmente hacia el diodo se efecta por medio de dos ventanas provistas de junta de silicona transparente que, por supuesto, deben encontrarse siempre en perfecto estado de limpieza para conseguir el efecto deseado de captacin del estado de lluvia por parte del dispositivo.

Figura 9: Principio de funcionamiento del sensor de lluviaFuente : http://www.aficionadosalamecanica.net/detector_lluvia.htm

Mientras no hay lluvia ni gotas de agua sobre el cristal el dispositivo permanece inactivo. Pero cuando se coloca una gota de agua frente al captador como se ve en la figura de arriba, el rayo de luz que emite el diodo se difracta y establece una variacin de las condiciones habituales frente al diodo receptor, de forma que emite una seal diferente de la habitual en condiciones de ausencia de agua.

MARCO CONCEPTUAL

Definiciones conceptuales

Variable Independiente

Sistema de limpiaparabrisas:

El sistema de limpiaparabrisas desarrolla en el vehculo una funcin importante para laseguridad del conductor, proporcionndole visibilidad adecuada, confort y seguridad en cualquier circunstancia de marcha: lluvia, nieve, barro, polvo, etc.

Variable Dependiente

Automatizacin:Consiste en simplificar e integrar tareas de produccin, donde tales procesos son asistidos por maquinas o sistemas mecnicos que reemplazan el esfuerzo humano.

Definiciones operacionales

VARIABLE INDEPENDIENTE

Motor: Es el componente que origina el movimiento que despus es transmitido por bielas y manivelas hacia las plumillas.

Soporte de motor:Elemento que mantiene estable al motor que mantiene estable.

Ejes de giro:Articulacin de giro, alrededor de ella se produce la rotacin.

Brazo de mando: Trasmite el movimiento del motor hacia las bielas

Bielas: Transmite el movimiento giratorio hacia las manivelas

Manivelas: Transmite el movimiento de giro en los dos sentidos a los ejes.

Plumillas o escobillas: Produce friccin contra la superficie del parabrisas, quitando residuos que impidan la visibilidad del conductor.

VARIABLE DEPENDIENTE

Sensor de lluvia:Un sensor de lluvia es un dispositivo electrnico que nos permite medir las precipitaciones de lluvia, este dispositivo es utilizado para activar el funcionamiento automtico del limpiaparabrisas segn la intensidad de la lluvia.

6. HIPTESIS

6.1 Hiptesis General

S, al sistema de limpiaparabrisas se le incorpora un sensor de lluvia mediante un anlisis y configuracin del mismo, entonces se obtendr el accionamiento automtico del limpiaparabrisas en un automvil Nissan Tiida.18