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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS
ARMADAS ESPE EXTENSIÓN LATACUNGA
INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
ESTRUCTURAS Y ACABADOS AUTOMOTRICES
TEMA: Proyecto de Unidad.
Docente:
Ing. Stalin Mena.
Integrantes:
Alexi Bombón
Paúl Chalco
Xavier Guallichico
Carolina Villacís
Nivel:
Octavo “A”
Período:
Abril - Agosto
1. Tema
“Diseño y construcción de la carrocería para un bus urbano”.
2. Objetivos
2.1. General
Diseñar y construir una carrocería para un bus urbano, cumpliendo las normas
y requerimientos establecidos de NTE INEN de fabricación de carrocerías para
buses urbanos mediante la utilización de un software, con la finalidad de
obtener una carrocería óptima que cumpla con todos los requerimientos
establecidos.
2.2. Específicos
Buscar información de las normas necesarias para el diseño de buses
urbanos.
Seleccionar un chasis para un bus urbano en especial que tenga un
motor en la parte posterior.
Realizar un boceto de un diseño de un bus urbano.
Establecer medidas y dimensiones de la estructura en base a las
normas utilizadas.
Seleccionar el material a utilizar para el diseño de la estructura.
Utilizar un software, para realizar el diseño que se esquematizo en el
boceto.
Realizar el análisis de cargas que actúan en la carrocería diseñada,
para verificar si la misma cumple con los requerimientos de las
normas seleccionadas.
3. Marco teórico
Bus Urbano
Un autobús urbano, autobús de ciudad, autobús público o autobús de tránsito es
un autobús utilizado para el transporte público de distancias cortas. Las funciones
y especificaciones de los autobuses de tránsito no son claras, y varían en función
del operador y de la región.
Con el desarrollo de las tecnologías de construcción de autobuses y la
urbanización, aparecieron características específicas en el transporte urbano a
partir de las diferentes condiciones de operación en comparación con el uso de
otros medios de transporte privado o público de autobuses.
Las características de un autobús de tránsito están orientadas al funcionamiento
de las líneas regulares de autobuses urbanos o suburbanos, con múltiples paradas
definidas, para el conmutaje1 o viajes de ocio de corta distancia. Es algo opuesto a
transporte público en autobús interurbano con todos los pasajeros sentados o de
larga distancia en autocares; autobuses lanzadera; autobuses a demanda, como el
para tránsito, autobuses de alquiler privador. Cada vez más, los autobuses de
tránsito se construyen con suelos bajos o adaptados a estaciones de tubo. 1
Ilustración 1: Bus Urbano Fuente: www.quitoadventure.com
Normas
Las normas técnicas son herramientas decisivas para el adecuado desarrollo
productivo, precautelando la vida y cuidando al ambiente. Son instrumentos que
nos establecen requisitos que deben cumplir los productos. Para el caso del sector
automotor, en especial el transporte de pasajero, se han actualizado e
1 Wikipedia. (2014). Bus Urbano. Recuperado el 07 de julio del 2015 de https://es.wikipedia.org/wiki/Autob%C3%BAs_urbano
incorporado normas y reglamentos técnicos que permiten asegurar un transporte
cómodo, seguro y regulado.
Clasificación de los Buses Urbanos
Ilustración 2: Clasificación de los Buses Urbanos
NTE INEN 2205:2010.- El propósito de este tipo Norma Técnica NTE INEN
2205 es constatar el fiel cumplimiento de todos los requisitos que deben
cumplir los buses y minibuses urbanos de transporte masivos de pasajeros
que van a ingresar al parque automotor ecuatoriano, sean importados,
ensamblados o fabricados en el país, con la finalidad de proteger la vida y
la seguridad de las personas, el ambiente y la propiedad. 2
NTE INEN 1323:2009.- La norma NTE INEN 1323, se refiere a los requisitos
que deben cumplir las carrocerías de buses. Su vigencia data desde 1985,
pero con muy poca aplicación y control. A partir del año 2008, en Instituto
Ecuatoriano de normalización (INEN) convocó a técnicos de los diferentes
sectores para que participen en el Subcomité y establecer los requisitos
más apropiados que deben tener las estructuras de las carrocerías. Con la
participación integral del sector, es decir, fabricantes de carrocerías,
importadores de chasis, Universidades y escuelas politécnicas. 3
Estructura
El autobús urbano utiliza una estructura con un suelo bajo (monocasco) lo cual es
muy popular en la ciudad, puertas de abrir y cerrar muy amplias y un dispositivo
2 Instituto Ecuatoriano de Normalización. (2010). Vehículos Automotores Bus Urbano. 3 Instituto Ecuatoriano de Normalización. (2009). Vehículos Automotores. Carrocerías de Buses. Requisitos.
eléctrico para ofrecer más comodidad a los clientes. El sistema para desempañar el
vidrio panorámico amplía el campo visual del conductor. 4
Ilustración 3: Estructura de un bus urbano
Materiales que se utilizan en una carrocería
Tabla 1: Materiales a utilizarse en la carrocería
NOMBRE MATERIAL DE FABRICACIÓN
GRÁFICO APLICACIÓN EN LA
CARROCERÍA CARACTERÍSTICA
S TÉCNICAS NORMA DE
FABRICACIÓN
Tubos
Acero Galvanizado
Cuadrado
Se utiliza para los largueros del piso, ventanas, tubos de refuerzo lateral y también para la
parte frontal.
Esfuerzo de fluencia:
fy= 2400 Kg/cm2
Módulo de elasticidad: E= 200 GPa.
Módulo de
elasticidad por corte
G= 80 Gpa.
INEN 2415
ACERO ESTRUCTURAL
ASTM-A36
Rectangular
Se utiliza para los largueros del piso, ventanas, tubos de refuerzo lateral y también para la
parte frontal
Perfiles
Acero Galvanizado
Perfiles en L Se utiliza para los ángulos del piso,
parte inferior.
Esfuerzo de fluencia:
fy= 248 MPa
Módulo de elasticidad:
INEN 1623 ACERO
ESTRUCTURAL ASTM-A36 Perfiles en U
Básicamente son usados en el propio chasis del vehículo,
4 Merkum. (2014). Bus Urbano. Recuperado el 07 de julio del 2015, de http://www.merkumblog.blogspot.com/
se colocan como soportes laterales de la estructura en
grandes dimensiones con
otras aplicaciones en todo el conjunto
de la carrocería.
E= 200 GPa.
Módulo de elasticidad por
corte G= 80 Gpa.
Perfiles en T
Soportes inferiores de la carrocería en el alojamiento de
las ruedas.
Planchas Acero
Galvanizado
Motores, uniones, soportes, pisos,
cárter, guantera, porta estéreos, y otras partes no
expuestas.
Espesor: 0 .3 mm a 2.9 mm
ASTM A653 (Norma de
recubrimiento)
Vidrio Laminado y Templado
Parabrisas, lunetas
y ventanas
Resistencia a alta
temperatura, transmisión y
estabilidad luminosa,
resistencia a la abrasión y humedad,
distorsión óptica.
NTE INEN 1669
Tabla 2: Dimensiones y masa de los materiales estructurales
Fuente: Catálogo de Productos de NOVACERO
TIPO DIMENSIONES MASA
Cuadrado Espesor: 3
Alto:50 Ancho: 50
Volumen/m 0,000564 m3
Peso=4,4274 kg/m
Rectangular Espesor: 3 Alto:100
Ancho: 50
Volumen/m 0,000864 m3
Peso=6,7824 kg/m
Perfiles L Espesor: 3
Alto:50 Ancho: 50
Volumen/m 0,000291 m3
Peso=2,28435 kg/m
Perfiles U Espesor: 3 Alto:220
Ancho: 70
Volumen/m 0,001062 m3
Peso=8,3367 kg/m
Perfiles T Espesor: 3
Alto:50 Ancho: 50
Volumen/m 0,000291 m3
Peso=2,28435 kg/m
Tabla 3: Características y masa aproximada de accesorios
TIPO CARACTERÍSTICAS MASA
Vidrio Espesor: 8 mm Densidad 2457,6 kg/m3 Volumen/m2 0,008m3
19,6608 kg/m2
Láminas Metálicas
Espesor: 0,5 mm Densidad 7850 kg/m3
Volumen/m2 0,0005 m3 3,925 kg/m2
Asientos
Mecanismo reclinación
- Cojines, respaldos.
- Codera, apoyabrazos.
Densidad 7850 30 kg/ unidad
Láminas de fibra de vidrio
Espesor: 0,5 mm Densidad 2440 kg/m3
Volumen/m2 0,0005 m3 1,22 kg/m2
Tipos de Cargas
Carga de aceleración brusca (Ab).- Corresponde a la fuerza producida por la
aceleración brusca del vehículo.
Carga de frenado (F).- Corresponde a la fuerza producida por el frenado del
vehículo.
Carga de giro (G).- Corresponde a la fuerza producida por el giro de un vehículo.
Carga por Resistencia del Aire frontal (Raf).- Corresponde a la fuerza del aire
actuante sobre un área correspondiente a la proyección del bus en un plano
perpendicular a su eje longitudinal.
Carga muerta (M).- Corresponde al peso total de la carrocería en condiciones
operativas, lo que incluye todos los componentes estructurales y no estructurales
permanentes; es decir, la carrocería terminada con todos sus accesorios.
Carga viva (V).- Corresponde a la carga por ocupación y se la considerara como
distribuida uniformemente en los respectivos elementos estructurales de la
carrocería.
Carga de Giro (G).- Debe calcularse en función de la fuerza centrífuga que se
genera al ingresar el vehículo en una curva de determinado radio de giro y a cierta
velocidad. Esta fuerza centrífuga debera ser inferior a la fuerza de vuelco,
calculada sobre la base del peso total del bus a plena carga y su centro de
gravedad. 5
4. Desarrollo de la investigación
4.1. Cálculos
CALCULOS DE LA DISTRIBUCION DE AREAS
CÁLCULOS - DISTRIBUCIÓN DE ESPACIOS
Basándonos en la norma técnica Ecuatoriana
NTE INEN 2205: 2010 ---- Segunda Revisión
Bus Urbano Requisitos
5.1.2.4 ORGANIZACIÓN EXTERNA
A. MEDIDAS
Largo máximo: 13000 mm
Ancho máximo: 2600 mm
Altura máxima: 3500 mm
B. PUERTAS
2 Puertas # pasajeros < 70
3 Puertas # pasajeros ≥ 70
En este caso usaremos un diseño con dos puertas las cuales estarán
ubicadas
5 Instituto Ecuatoriano de Normalización. (2010). Vehículos Automotores Bus Urbano.
Puerta delantera Delante del eje frontal 900 mm x 2000 mm
Puerta trasera Entre los dos ejes 1000 mm x 2000 mm
AREA DE LAS GRADAS
El bus urbano según la norma solo puede tener máximo tres peldaños con
unas áreas determinadas, siguiendo la norma diseñaremos las áreas de la
siguiente manera
FRONTAL
1 era 900 mm x 300 mm
2 da 900 mm x 250 mm
3era 900 mm x 250 mm
POSTERIOR
1 era 1000 mm x 300 mm
2 da 1000 mm x 250 mm
3era 1000 mm x 250 mm
AREAS DE LOS ESCALONES
A continuación calculamos las áreas que va a tomar los escalones en la
plataforma ubicada sobre la carrocería del bus urbano.
GRADAS PUERTA FRONTAL
𝐴𝐸𝐹 = 𝐴1 + 𝐴2 + 𝐴3
𝐴𝐸𝐹 = 9000 ∗ (3000 + 250 + 250)
𝐴𝐸𝐹 = 900 ∗ (800)
𝐴𝐸𝐹 = 720000 𝑚𝑚2 ∗ (1 𝑚
1000 𝑚𝑚)
2
𝐴𝐸𝐹 = 0.72 𝑚2
GRADAS PUERTA POSTERIOR
𝐴𝐸𝑇 = 𝐴1 + 𝐴2 + 𝐴3
𝐴𝐸𝑇 = 10000 ∗ (3000 + 250 + 250)
𝐴𝐸𝑇 = 1000 ∗ (800)
𝐴𝐸𝑇 = 800000 𝑚𝑚2 ∗ (1 𝑚
1000 𝑚𝑚)
2
𝐴𝐸𝑇 = 0.8 𝑚2
AREA TABLERO DE CONTROLES
𝐴𝑇𝑎𝑏𝑙𝑒𝑟𝑜 = 500 𝑚𝑚 𝑥 2400 𝑚𝑚 Tapicería frontal
𝐴𝑇𝑎𝑏𝑙𝑒𝑟𝑜 = 1200000 𝑚𝑚2
𝐴𝑇𝑎𝑏𝑙𝑒𝑟𝑜 = 1.2 𝑚2
AREA SILLA EL CHOFER (CENTRADA)
Silla ajustable 120 mm desde su centro según la norma
AREA DEL CHOFER Y ESCALERAS
Esta medida está conformada por toda el área de la cabina que consta de
Panel de controles
Gradas
Silla del chofer
Entrada
𝐴𝐶 = 2000 𝑚𝑚 𝑥 2400 𝑚𝑚
𝐴𝐶 = 4.8 𝑚2
DIMENSIONES ASIENTOS PASAJEROS
𝐺 = 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑜 450 𝑚𝑚
𝑃 = 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑜 400 𝑚𝑚
𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑠𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑚𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑡𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 = 400 𝑚𝑚
𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙𝑙𝑜 ℎ𝑒𝑚𝑜𝑠 𝑡𝑜𝑚𝑎𝑑𝑜 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑑𝑒:
𝐺 = 450 𝑚𝑚
𝑃 = 430 𝑚𝑚
𝑈𝑠𝑎𝑟𝑒𝑚𝑜𝑠 𝑠𝑖𝑙𝑙𝑎𝑠 𝑑𝑜𝑏𝑙𝑒𝑠
SIMBÓLICAMENTE OBTENEMOS
TENEMOS
21 pares de sillas
1 silla solitaria
En total tenemos 43 personas sentadas
GENTE PARADA
𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜 6 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠 𝑥 𝑚2
𝑃𝑎𝑠𝑖𝑙𝑙𝑜 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 600 𝑚𝑚
AREA DEL PASILLO
𝐴𝑃𝑎𝑠𝑖𝑙𝑙𝑜 = 600 𝑚𝑚 𝑥 9850 𝑚𝑚
𝐴𝑃𝑎𝑠𝑖𝑙𝑙𝑜 = 5910000 𝑚𝑚
𝐴𝑃𝑎𝑠𝑖𝑙𝑙𝑜 = 5.91 𝑚2
Asumiremos 4 personas por 𝑚2 para nuestro bus
4 𝑃𝐸𝑅𝑆𝑂𝑁𝐴𝑆 𝑥 5.91 𝑚2
23,64 => 24 𝑃𝐸𝑅𝑆𝑂𝑁𝐴𝑆
PERSONAS EN TOTAL
𝑃𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑃𝑆𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑎𝑠 + 𝑃𝑃𝑎𝑟𝑎𝑑𝑎𝑠
𝑃𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 43 + 24
𝑃𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 67 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠
64% 𝑃𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠 𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑎𝑠
46% 𝑃𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠 𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑎𝑠
EL PORCENTAJE DE PASAJEROS CUMPLE CON LA NORMA DE BUSES URBANOS
CALCULOS DE LAS AREAS MEDIANTE EL PROGRAMA INVENTOR
Lados del bus
Area Derecha 17,92 m2
Area Izquierda 20,725 m2
Puerta delantera
Alto 2 m
Ancho 0,9 m
Área puerta delantera 1,8 m2
Puerta trasera
Alto 2 m
Ancho 1 m
Área puerta delantera 2 m2
PISO Y TECHO
Area del Piso 27,02 m2
Area del Techo 26,91 m2
Posterior del bus
Área total posterior del bus 5,17 m2
Delantera del bus
Área total delantera del bus 1,87 m2
VIDRIOS
Laterales
Izquierdo 10,72 m2
Derecho 7,98 m2
Área neta de los lados para los vidrios 18,7 m2
Área neta de las puertas para los vidrios 3,8 m2
Parabrisas delantero
Área total parabrisas 3,94 m2
Parabrisas trasero
Área total parabrisas delantero 1,07 m2
4.2. Bocetos
4.3. Diseño estructural
4.4. Análisis estático y dinámico
TOTAL DE LAS AREAS Área total para la chapa 96,375 m2
Área total para la fibra de vidrio 7,04 m2
Área total para el vidrio 27,51 m2
MASA DE LOS MATERIALES
Asiento
Asiento 4 Kg
Número de asientos 43
Masa total de los asientos 172 Kg
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Plancha de acero estructural
Ancho 1,22 m
Largo 2,44 m
Área de la plancha 2,9768 m2
Masa de la plancha 46,74 Kg
Vidrio
Espesor 6 mm
Densidad 15 Kg/m2
Fibra de vidrio
Espesor 2 mm
Densidad 2480 Kg/m3
REQUISISTOS DE FUERZA Y CARGAS
Estructura 880,373 Kg
Chapa 1513,224772 Kg
Vidrio 412,65 Kg
Fibra de vidrio 34,9184 Kg
Asientos 172 Kg
CARGAS ESTÁTICAS
Peso Carrocería 3059,247772 Kg
Peso Chasis Isuzu LV150 5550 Kg
Peso Total 8609,247772 Kg
Valor de Carga Muerta M 84456,72064 N
Ocupante 70 Kg
Número de Pasajeros 67
Masa de Pasajeros Mp 4690 Kg
Valor de Carga Viva V 46008,9 N
CARGAS DINÁMICAS
Velocidad Inicial Vi 25 m/s
Velocidad Final Vf 0 m/s
Desplazamiento S 85 m
Aceleración de Frenado a -3,676470588 m/s2
Masa Total Mt 13299,24777 Kg
Carga de Frenado F 48894,29328 N
Velocidad Inicial Vi 0 m/s
Velocidad Final Vf 25 m/s
Desplazamiento S 85 m
Aceleración a 3,676470588 m/s2
Masa Total Mt 13299,24777 Kg
Carga de Aceleración Ab 48894,29328 N
Velocidad de Giro V 25 m/s
Radio de Giro r 350 m
Aceleración de giro a 1,785714286 m/s2
Masa Total Mt 13299,24777 Kg
Carga de Giro G 23748,65673 N
Coeficiente de resistencia aerodinámica Cx 0,7
Densidad del Aire ρ 1,225 Kg/m3
Área Correspondiente a la proyección del Autobús Af 7,6202 m2
Velocidad del Autobús V 25 m/s
Carga por Resistencia del Aire Frontal Raf 81,67901875 N
4.5. Análisis de flujos de aire (aerodinámico)
Método LRFD (Load Resistance Factor Design)
1,4M+V 164248,3089 N
1,2M+1,6V+0,5G 186836,6331 N
1,2M+0,5V+1,6G 162350,3655 N
1,2M+1,6F+0,8Raf 179644,2772 N
1,2M+0,5V+0,5F+1,3Raf 148905,8441 N
1,2M+1,5Ab+0,5V 197693,9547 N
0,9M-1,3Raf 75904,86585 N
0,9M+1,3Raf 76117,2313 N
5. Análisis de resultados
Diagramas estadísticos
6. Conclusiones
Se visualizó que en el bus urbano depende del número de pasajeros para
el numero de las puertas que debe contener el mismo, en nuestro caso al
ser menor de 70 obtuvimos un bus con dos puertas solamente
Pudimos ver que el material de construcción de la carrocería afecta de una
manera notable en el peso total del bus, no pudiendo así implementar
cualquier material debido a que tenemos que regirnos a la norma y al
material disponible en el país
Pudimos observar que la masa total del bus es la característica principal
para la obtención de las cargas que se presentan en el mismo, de igual
manera afectan así las dimensiones generales
7. Recomendaciones
Para el diseño del bus debemos obtener las normas de construcción de la
carrocería a elaborar porque cada tipo de carrocería cuenta con sus
restricciones de diseño propias.
Debemos tener claro los rangos de diseño de las medidas y no sobreasar
los mismos solo por hacer coincidir ciertas medidas, debido a que de esta
forma se está rompiendo las normas de construcción
Tener en cuenta el cálculo del número de pasajeros antes de poner el
número de puertas y salidas de escape para evitar tener que modificar el
diseño establecido
8. Bibliografía
Wikipedia. (26-12-2014). Autobús urbano. [en línea]. Recuperado el 07 de julio del
2015. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Autobús_urbano.
Merkum. (2014). Bus Urbano. Recuperado el 07 de julio del 2015, de
http://www.merkumblog.blogspot.com/
9. Referencias
Instituto Ecuatoriano de Normalización. (2010). Vehículos Automotores Bus
Urbano.
Instituto Ecuatoriano de Normalización. (2009). Vehículos Automotores.
Carrocerías de Buses. Requisitos.
10. Anexos