DESAFO DE UN VEHCULO IMPULSADO POR PODER HUMANO LATINOAMRICA 2015.ASME (Sociedad Americana de Ingenieros Mecnicos)

OBJETIVO GENERAL

Disear y construir un vehculo de propulsin humana el cual cumpla con todos los tems propuestos por la Sociedad Americana de Ingenieros Mecnicos, la Universidad de los Andes y la Universidad De San Buenaventura para carreras de este tipo.

OBJETIVOS ESPECFICOS

Construir un modelo que permita corroborar experimentalmente las mltiples temticas, conceptos y teoras vistas en el curso de Mecanismos. Concebir un vehculo de traccin humana que sea capaz de transportar a uno de los miembros del equipo de manera segura y efectiva. Generar un vehculo de transporte innovador y amigable con el medio ambiente.

Cabe aclarar que para la primera clasificatoria entre estudiantes fueron seleccionados dos modelos ya previamente hechos, a estos se les harn las debidas modificaciones para poder as cumplir con los objetivos previamente mencionados.,INTEGRANTES

Docentes e investigadores

Jos Alejandro Urrego Pea M.Sc. Rafael Mauricio Cerpa Bernal Ph.D Oscar Eduardo Venegas Ph.D Luisa Mnico Ph.D Diana Meneses M.Sc. Henry Porras M.Sc

Estudiantes auxiliares de investigacin

David Felipe Vargas Oscar Salamanca Jess Blanco Nicols Ojeda Luz ngela Ibarra Kaylee Pez Stephanie Contreras

GRUPO DE INVESTIGACIN

AeroTech Categora C en Colciencias.

ESTADO DEL ARTE

Como primer dispositivo conocido que tiene un funcionamiento como el vehculo de traccin humana que se pretende construir, se encuentra la bicicleta, de la cual se tiene mltiples fechas y personas en todo el mundo que hicieron diseos parecidos al artefacto que conocemos hoy en da. Se tiene que en 1816 Karl Dreis, un inventor y aristcrata alemn cre lo que se denominara el primer vehculo dirigible con dos ruedas en lnea. Esta no tena pedales, cadenas, ni frenos, para poderse mover se necesitaba impulsar con los pies, del mismo modo si se necesitaba frenar, por otro lado tena el silln, el manillar, el cuerpo y un sistema de direccin bastante rudimentario. Luego en 1839 el herrero escocs Kirkpatrick Macmillan aadi los pedales con barras a un prototipo dndole al ciclista una mejor manera de impulsarse. En 1845 otro escocs llamado Robert W. Thomson sustituy las ruedas de madera que se haban manejado antes por unos neumticos inflables que combinaban cuero y goma, no fue muy popular en su entonces. En 1861 Ernest Michauz decidi dotar de pedales a la rueda delantera de una draisiana (hecha por Dreis), la rueda delantera era un poco ms grande que la trasera, pero mantena la esencia puesto que el cuerpo y ruedas se hacan en madera. En 1873 el inventor ingls James Starley produjo el primer artefacto con casi todas las caractersticas de la bicicleta moderna, adems es una de las ms reconocidas debido a que tiene la rueda delantera considerablemente grande con respecto a la trasera. En 1885 John Kemp Starley crea la bicicleta de seguridad, debido a que tena frenos y la postura era mucho ms cercana al suelo manteniendo un centro de gravedad bajo, luego a este diseo se le colocaron neumticos con cmara de aire los cuales fueron diseados por John Boyd, las ruedas eran casi del mismo tamao y la transmisin se haca mediante un engrane el cual era movido por los pedales que se encontraban casi en la mitad de la bicicleta y un pin en la rueda trasera los cuales se conectaban mediante una cadena. Despus se hicieron innovaciones como hacer neumticos desmontables. El 31 de mayo de 1889 naci oficialmente el ciclismo de competicin con una pequea carrera en Saint Cloud en Paris.No solo se tiene la bicicleta como vehculo que es propulsado por el humano, se pueden encontrar el monopatn, la long-board, artefactos que fueron inventados en la dcada del 60, tienen dos ejes para soportar cuatro ruedas y usualmente tienen una superficie de madera para apoyar los pies. Se tiene tambin artefactos como embarcaciones con remos, patines y por ltimo aeroplanos.Basndose en el sistema de transmisin de una bicicleta en los ltimos aos en varias Universidades, Asociaciones de Ingenieros y otras entidades se han puesto la tarea de generar prototipos de vehculos que ayuden al medio ambiente, sirvan para transportar cargas, que sean ldicos o que sirvan para competencias. Que satisfagan una necesidad, un objetivo, unas restricciones o unos criterios los cuales son impuestos por las necesidades y deseos de las personas que buscan un vehculo como este.La Sociedad Americana de Ingenieros Mecnicos (ASME) lanza cada cierto tiempo una convocatoria para hacer vehculos de traccin humana (VTH) para una posterior competencia, esto se da usualmente en Estados Unidos pero ltimamente se ha extendido por todo el mundo, en Colombia la Universidad de los Andes quiso promover esta prctica convocando a cualquier Universidad a que se inscriba en una carrera que se lleva a cabo dentro de las instalaciones de la universidad o en pistas donde no afecten el trfico vehicular.Dentro de las Universidades lo usual es encontrar los VTH como proyecto de fin de curso, para ser trabajado en clase y luego poder competir en la carrera, los Andes tiene un reglamento parecido al que se tiene en las carreras de la ASME.[1]

Hasta el ao 2015, la Universidad de San Buenaventura sede Bogot no haba sido participe de eventos para la construccin de Vehculos de Traccin Humana (VTH), ni propuesto dentro de los cursos la construccin de uno de estos vehculos. En el ao vigente, en el curso de mecanismos impartido por el programa acadmico de la Universidad, se formul como proyecto la construccin de seis VTH que fueron evaluados segn los requisitos de diseo y seguridad aplicados en las pruebas de la Competencia de Vehculos de Traccin Humana (HPVC por sus siglas en ingls), de los cuales dos pasaron las pruebas designadas.

RESUMEN DE LA COMPETENCIA

Diseo del vehculo: Los equipos sern puntuados por la aplicacin de principios de ingeniera y las prcticas usadas en el diseo del vehculo, esta fase incluye un reporte escrito, una presentacin tcnica y un juzgamiento inicial del diseo. Evento de velocidad de hombres y mujeres: Los equipos sern puntuados de acuerdo a la velocidad de sus vehculos, en competencias separadas entre hombres y mujeres. Evento de innovacin: Los equipos sern puntuados por innovacin tcnica en el diseo del vehculo. Evento de resistencia: Los equipos sern puntuados por velocidad, practicidad, rendimiento y fiabilidad de los vehculos en una carrera con obstculos tpicos del transporte urbano.

El objetivo de la competencia es demostrar la efectiva aplicacin de los principios y prcticas del desarrollo del diseo ingenieril de un vehculo.El diseo del vehculo est dividido en tres partes: Reporte del diseo enviado anticipadamente al comit de la competencia. Presentacin del diseo ante los jurados. Inspeccin de seguridad e inspeccin del vehculo.

El reporte de diseo debe ser claro y conciso; debe documentar el diseo, anlisis y resultados del proceso de pruebas del vehculo. Debe ser un reporte de ingeniera y debe ser organizado tal cual se estipula ms adelante.Los reportes deben enfatizarse en los resultados y conclusiones, fotografas y dibujos sern beneficiosos en el proceso de documentacin del diseo del vehculo. [2] Circuito

Longitud: 1.5 kmAncho: 9mCurvas: 13Longitud recta: 220 m.

Reglamento general [2]

1.Modificaciones en los vehculos. Estn permitidas entre los eventos, deben ser pequeas y es necesario que el vehculo mantenga su estructura original.

2.Dispositivos Aerodinmicos. Dispositivos que disminuyan el arrastre del vehculo.

3.Nmero del vehculo y logo ASME. Durante el proceso de registro se entregan dos calcomanas, mostrando el nmero del vehculo durante la competencia y el logotipo de ASME. Debe ser visible por ambos lados del carro, puede colocarse en el carenado, contenedores para carga o superficies dispuestas para esto. Se pueden utilizar calcomanas para dar a conocer la entidad que representa el equipo.

4.Protestas Estas deben ser anunciadas a un miembro de los jurados en el momento del incidente o mximo 15 minutos a partir de este. Tras el anuncio es necesario presentar la protesta por escrito mximo 30 minutos luego del incidente. (Formulario 7)

5.Dispositivos de almacenamiento de energa Con el propsito de mejorar el desempeo de los vehculos dentro de la carrera se recomiendan estos dispositivos (No son requeridos para competir). El dispositivo debe poder cargarse por medio del movimiento generado por el conductor del VTH. Se pedir una medida de carga al inicio de la competencia para demostrar que es posible cargarlo en el desarrollo de la competencia. Estos dispositivos pueden competir en el evento que califica la innovacin, teniendo en cuenta la importancia de no daar el medio ambiente.

6.Seguridad en desempeo El vehculo debe demostrar que puede frenar en 6 metros al alcanzar una velocidad de 25 km/h. Pueda girar en un radio de 8 metros. Demostrar estabilidad recorriendo un tramo de 30 metros a una velocidad de 5 a 8 km/h.

7.Sistema antivuelco (RPS) Este sistema debe poder absorber la mayor parte de la energa producida por el accidente, prevenir el contacto del conductor con el suelo. Para demostrar la efectividad del RPS se hace una prueba en la cual se voltea completamente el carro apoyndolo sobre el sistema, esto se realiza con el integrante ms alto del grupo, este no puede tener contacto con el suelo. Antivuelco protector a cargas verticales, se coloca una carga de 2670N en el punto ms alto del antivuelco, luego se le da una inclinacin de 12 respecto a la vertical. La barra es aceptada si no hay deformacin permanente o fractura, la mxima deformacin elstica debe ser menor a 5.1cm y al deformarse debe evitar el contacto con el casco o protectores del conductor. Proteccin lateral, se le aplica una carga de 1330N a la altura del hombro del conductor. Es aceptable s, no tiene indicios de deformacin permanente o fractura, la deformacin elstica debe ser menor a 3.8cm y no puede hacer contacto con los protectores del conductor.

8.Cinturn de seguridad Debe ser fcil de quitar y tener agarre en ambos hombros. Pueden usarse los que fabrican para carros, aviones o carreras. Se debe presentar un certificado donde se tengan los datos requeridos para aceptar el cinturn.

9.Reduccin de riesgos dentro del vehculo. Todas las superficies del VTH externas como internas deben estar libres de bordes afilados y salientes, extremos de tubos abiertos, tornillos que sobresalen ms de tres hilos, etc. Los componentes de transmisin y ruedas deben tener protectores evitando el dao al conductor.

10.Ropa y equipo de proteccin Cascos con tirantes abrochados que cumplan con CPSC Safety Standard for bicycle helmets ( 16 CFR parte 1203).

11.Certificacin de seguridad para los equipos. (Formulario 3) El diseo y la construccin de cada vehculo se han llevado a cabo con la debida consideracin de seguridad de ocupantes y de transentes. Las pruebas de seguridad especificadas han sido realizadas antes de la competencia. Todos los conductores deben tener al menos 30 minutos de experiencia de conduccin. De deben entregar una ficha tcnica por prueba y por conductor. El vehculo debe tener proporcionar al conductor un campo de visin de al menos 90 a derecha e izquierda desde el centro.

MetodologaLa investigacin que se lleva a cabo para el desarrollo tiene un enfoque emprico-analtico en el cual a travs de referentes bibliogrficos, tericos, clculos y pruebas durante el desarrollo, se pretende construir el VTH que cumpla con todos los requerimientos.El proyecto se iniciar con busqueda de informacin la cual permita un acercamiento al proyecto (los elementos estrucurales que lo componen, equipos y accesorios). Trabajando con esta informacin daremos respuesta a preguntas como Cul es la configuracin apropiada para el VTH teniendo en cuenta las limitaciones sugeridas?, Qu material tiene las propiedades mecnicas demandadas por un proyecto como este?, luego de tener respuesta a las incgnitas propuestas por el equipo se plantea un diseo conceptual el cual posteriormente se plasma con ayuda de un programa de dibujo asistido por computador. Despus de encontrar el diseo y que el equipo haya planteado modificaciones y se est a gusto con el diseo, se elaboran los planos de este.Con ayuda de estudiantes que conozcan como pasar el diseo por un programa de anlisis de esfuerzos y de anlisis aerodinamico, si se concluye que los resultados de tales anlisis no son lo suficientemente buenos, es necesario que el equipo vuelva a los planos, los modifique y posteriormente analice de nuevo con el fin de tener el mejor desempeo durante los eventos.

El paso siguiente es adquirir los materiales necesarios para la construccin del vehculo, hay elementos que son necesarios elaborar para adaptar al diseo. Posteriormente se procede al ensamble con ayuda de un ingeniero certificado en soldaduras, una vez el VTH este montado se hace una verificacin de componentes para luego hacerle las primeras pruebas, si es no se esta conforme con el rendimiento o la ubicacin de los componentes el VTH deberan redisear las partes, luego de estar a gusto se proceder a realizar las pruebas de seguridad que plantea la ASME, al no cumplirlas es necesario hacerle cambios menores hasta que se cumplan. Por ltimo se entregara el informe final presentando las conclusiones del proyecto, este ser presentado ante jurados y si dan el aval, el VTH podr competir.

Construccin de partes con apoyo de un ingeniero que tenga experiencia en este tipo de proyectoAnlisis computacionalPlanosConstruccin de un VTH

1. Antecesores2. Trabajos3. Competencias

Revisin Bibliogrfica

Diseo en computador

CATIASi no muestra el rendimiento esperado es necesario redisear

Estructural y aerodinmico

Adquisicin de materiales

Si se presenta una inconformidad con el resultado preliminar

Verificacin de componentes y primeras pruebas.

Informe tcnico finalRevisin de pruebas de seguridad segn ASME

Presentacin Evento ASME

Cronograma

Tabla 1. Cronograma de actividades - Fase 1Descripcin de la ActividadMes 1Mes 2Mes 3Mes 4Mes 5

12341234123412341234

Revisin bibliogrfica

Diseo preliminar conceptual

Clculos analticos componentes y estructurales

Mejoras de diseo

Elaboracin de documento final

Tabla 2. Cronograma de actividades - Fase 2

Descripcin de la ActividadMes 1Mes 2Mes 3Mes 4Mes 5

12341234123412341234

Revisin y cotizacin de materiales

Construccin y ensamble

Pruebas preliminares y correccin de fallas

Presentacin del vehculo y pruebas

Entrega de informe final

Prespuesto Comment by Alejandro Urrego: Aqu en este presupuesto deben incluir principalmente los costos de inscripcin a la carrera que es un rubro grande. Recuerden que va inscripcin personal y ya est mas costoso. Tabla 3. Presupuesto global-Fase 1RubrosFuentesSub total

De La Universidad de San Buenaventura De los integrantes del grupo

Personal000

Gasto de movilizacin0$40.000$40.000

Mquina y equipos000

Libros, suscripciones y revistas0$5.000$5.000

Otros servicios 0$70.000$70.000

Total0$115.000$115.000

Tabla 4. Presupuesto global-Fase 2RubrosFuentesSub total

De La Universidad de San Buenaventura De los integrantes del grupo

Personal000

Gasto de movilizacin0$180.000$180.000

Mquinas y equipos0$1950.000$1950.000

Libros, suscripciones y revistas00

Otros servicios 0$60.000$60.000

Total0$2190.000$2190.000

Tabla 5. Presupuesto global-Fase 3

RubrosFuentesSub total

De la universidad de San BuenaventuraDe los integrantes del grupo

Inscripcin de Vehculos-Equipo$550.0000$550.000

Valor por Personal participante, No miembro ASME0$112.500$112.500

Mejoras para vehculos$500.0000$500.000

Total$1050.000$112.500$1162.000

Resultados

Como se puede apreciar en las siguientes imgenes estos fueron los vehculos seleccionados, estos cumplen con la fase 1 y 2.

FIG 1. Drogon prototipo 1

FIG 2. Kudya Prototipo 1

NotaComment by David Vargas: Aqu se puede agregar una tercera tabla de costos, en la cual se pude especiar, los gastos de competencia y mejora, no s qu poner aqu ya que no se aun cuanto se puede en ir en inscripcin, mejoras, entre otros Comment by David Vargas: Esto es lo que llevamos hasta hora, aun no sabemos que ms poner ya que, no sabes lo que piden para poreyectos de investigacin

Referencias

[1] J, Molina, Diseo y construccion de un vehiculo de traccion humana, Universidad Pontificia Bolivariana, 2012.

[2] Sociedad Americana de Ingenieros Mecnicos,Rules for the 2015 Human Powered Vehichle Challenge, 25 Septiembre 2014, V2.