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DISEÑO DE UN CARRUSEL PARA ENTRETENIMIENTO INFANTIL

i

CONTENIDO

CAPÍTULO 1.

GENERALIDADES ....................................................................... 1

1.1. OBJETIVO GENERAL .............................................................................. 1 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................... 1 1.3. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ................................................................. 1 1.4. BASE TEÓRICA ........................................................................................ 2 1.4.1. CARRUSEL ........................................................................................ 2 1.4.2. PARTES DE UN CARRUSEL ............................................................. 3 1.4.3. MÁQUINAS SIMILARES Y PROVEEDORES..................................... 4 CAPÍTULO 2.

ESTUDIO Y SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS DE DISEÑO ...... 7

2.1. PLANIFICACIÓN DEL PRODUCTO (CASA DE LA CALIDAD) ................ 7 2.2. ESPECIFICACIONES DEL CARRUSEL PARA ENTRETENIMIENTO INFANTIL .......................................................................................................... 10 2.3. ANÁLISIS FUNCIONAL Y ESTRUCTURA MODULAR ........................... 11 2.4. MÓDULOS Y ALTERNATIVAS ............................................................... 12 2.4.1. MÓDULO

1.

INGRESO

POSICIONAMIENTO

Y

SALIDA

DE

USUARIO ...................................................................................................... 12 2.4.2. MÓDULO 2. MOVIMIENTOS DEL CARRUSEL ............................... 13 2.4.3. Módulo 3. Estructura......................................................................... 14 2.4.4. Módulo 4. Frenar mecanismo. .......................................................... 14 2.5. EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS: ...................................................... 14 2.5.1. MÓDULO 1. ENTRADA, POSICIONAMIENTO Y SALIDA DEL USUARIO ...................................................................................................... 19 2.5.2. MÓDULO 2. MOVIMIENTOS DEL CARRUSEL ............................... 23 2.5.3. MÓDULO 3. ESTRUCTURA............................................................. 32 ii

2.5.4. MODULO 4. FRENO ........................................................................ 35 CAPÍTULO 3.

CÁLCULOS PARA EL DISEÑO DEL CARRUSEL..................... 37

3.1. Cálculo de las dimensiones del cigüeñal:............................................... 37 -Diagrama de cuerpo libre. ............................................................................ 37 Condiciones de funcionamiento: ................................................................... 37 3.1.1. Solución y referencia. ....................................................................... 40 3.2. Cálculo de las dimensiones del eje principal: ......................................... 48 3.2.1. Solución y referencia. ....................................................................... 49 3.3. Cálculo de la potencia del motor. ............................................................ 57 3.4. Cálculos de engranajes cónicos .............................................................. 59 3.4.1. Cálculo de los engranajes cónicos para mover los cigüeñales. ........ 68 3.5. Rodamientos ........................................................................................... 80 3.5.1. Rodamientos en el eje ...................................................................... 80 3.5.2. Rodamientos en los cigüeñales ........................................................ 82 3.5.3. Rodamientos en los tiradores ........................................................... 85 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 98

iii

CAPÍTULO 1. GENERALIDADES 1.1.

OBJETIVO GENERAL

Diseñar un carrusel para entretenimiento infantil.

1.2. •

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Obtener el diseño de un equipo que brinde comodidad, diversión y seguridad para los usuarios.

•

Obtener los planos de conjunto y de taller que permitan realizar la construcción de un carrusel.

•

Determinar un estudio de todos los parámetros necesarios para que la construcción del carrusel sea sencilla y de bajo costo.

1.3.

DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

El centro educativo “Mundo de los Bajitos” desea la implementación de un carrusel infantil, ya que muchos padres de familia y profesores han incentivado a los distintos dirigentes de dicho establecimiento a la adquisición de éste equipo para que exista una diversión sana y alegre de los niños en los distintos horarios de recreación. Por tal motivo se ha visto la necesidad de realizar una investigación mucho más profunda acerca de los tipos de carruseles, de sus componentes, las características de cada elemento, tipo de material para que de esta forma se logre la elección de una alternativa de diseño confiable, segura y que esté acorde a los requerimientos de la institución. El carrusel debe ser de un tamaño adecuado a su localización, el área máximo que debe ocupar es de 25 m2, de esta forma se logra que no exista la dificultad y tampoco se genere un obstáculo para la libre movilización de las personas; se debe disponer de un sistema que funcione eléctricamente de tal forma que las personas no realicen un esfuerzo físico en el momento de realizar el impulso y posteriormente el giro del carrusel. Debe ser de fácil mantenimiento, con repuestos de bajo costo que se puedan conseguir en el mercado. 1

El diseño será realizado para un carrusel fijo ya que éste no se movilizará hacia otros lugares dentro de la institución.

1.4. 1.4.1.

BASE TEÓRICA CARRUSEL1

Un carrusel, tiovivo o calesita es un medio de diversión consistente en una plataforma rotatoria con butacas para los pasajeros. Tradicionalmente los "butacas" poseen formas de caballos de madera u otros animales, los cuales en muchos casos son desplazados mecánicamente hacia arriba y hacia abajo para simular el galope de un caballo. Normalmente, la música se repite mientras el carrusel da vueltas. Aunque los carruseles modernos están fundamentalmente compuestos de caballos, los carruseles de periodos anteriores a menudo incluían diversas variedades de animales, como perros, caballos, conejos, cerdos y ciervos, por nombrar algunos. Los tiovivos primitivos no tenían plataforma, sino que se colgaban los animales de postes o cadenas, los cuales se inclinaban hacia afuera al girar, por efecto de la fuerza centrífuga, simulando volar. Se les llamaba carruseles

de

caballos

voladores.

Normalmente eran propulsados por animales Figura 1-1: Un tiovivo en un festival veraniego en Londres, con sus animales tradicionales, luces y decoración.

de tiro caminando en círculo, o por personas jalando

una

cuerda

o

moviendo

un

manubrio. Hacia la mitad del siglo XIX, se desarrolló el carrusel de plataforma, para reducir los riesgos a los niños, donde los animales y las carrozas se moverían en círculo sobre una plataforma circular suspendida del eje o poste central. Eventualmente, con los avances de la revolución industrial se empezaron a desarrollar mecanismos, con engranajes y cigüeñales, a fin de dar a los postes 1

Extraído de la página http://es.wikipedia.org/wiki/Carrusel

2

del cual colgaban los animales el típico movimiento de sube y baja, al desplazarse alrededor del poste central. Las plataformas servían de soporte a la parte inferior de los postes de suspensión a la vez que servían de plataforma para caminar por ella o para colocar sobre ella otros animales, carrozas, canoas simuladas y otros objetos. Era común tener órganos u otros instrumentos musicales automáticos y pronto aparecieron los motores eléctricos y las luces que dieron a los tiovivos su estilo clásico. 1.4.2.

PARTES DE UN CARRUSEL2

Para construir un carrusel se debe tener en cuenta su diseño mecánico y su diseño decorativo. Las partes mecánicas de un carrusel se pueden observar en la Figura 1-2.

Figura 1-2: Partes mecánicas de un carrusel para entretenimiento infantil.

Las partes decorativas de un carrusel para entretenimiento infantil se puede observar en la Figura 1-3.

2

Extraído del documento web http://rosekennedygreenway.files.wordpress.com/2010/10/10-27-10community-meeting_final.pdf

3

Figura 1-3: Partes decorativas de un carrusel para entretenimiento infantil.

1.4.3. 1.4.3.1.

MÁQUINAS SIMILARES Y PROVEEDORES Proveedor en México. “El Carruselito”

CARRUSEL DE LUJO3 Carruselito de Lujo: único en su género no tiene competencia, ideal para pasillos pequeños o espacios reducidos y de fácil desplazamiento: • 300 lámparas italianas de importación. • Con música estereofónica de más de 100 canciones infantiles. • Incluye remolque y su jalón. • Funciona con 110 volts. • Mide 3 mts de diámetro y 3.30 mts de altura. • Pesa 750 Kgrs. • Hecho en su mayoría en fibra de vidrio con pisos de madera y paisajes reales al gusto. Figura 1-4: • Incluye 12 figuras 8 con movimiento y 4 fijas, comercializado con cinturones de seguridad en cada figura. en México. • Control para operar.

3

Encontrado en http://www.elcarruselito.com/index.php/carrusel-de-lujo

4

Carrusel

de

lujo,

por el El Carruselito,

CARRUSEL TIPO ITALIANO4 Carruselito Tipo Italiano: único en su género no tiene competencia, ideal para pasillos pequeños o espacios reducidos y de fácil desplazamiento: • De 150 luces y 220 lámparas italianas de importación. •

Con música estereofónica (30) canciones.

•

Puede incluir remolque y su jalón.

•

Funciona con 110 volts.

•

Mide 2.20 mts. de diámetro y 3.00 mts de altura.

•

Pesa 450 Kgrs.

•

Hecho en su mayoría en fibra de vidrio con paisajes reales.

•

Incluye 6 figuras (de disney, caballos, animalitos y varios).

•

Incluye el cinturón de seguridad en cada figura.

•

Control para operar.

4

Figura

1-5:

Carrusel

tipo

italiano,

comercializado por El Carruselito, en México.

Encontrado en http://www.elcarruselito.com/index.php/carrusel-tipo-italiano.

5

1.4.3.2.

Proveedor en Argentina. “Supernovafun”5

Figura 1-6: Productos comercializados por Supernovafun, en Argentina. Ofrecen una variedad de productos para personalizar un carrusel.

5

Encontrado en http://www.supernovafun.com/

6

CAPÍTULO 2. ESTUDIO Y SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS DE DISEÑO 2.1.

PLANIFICACIÓN DEL PRODUCTO (CASA DE LA CALIDAD)

Luego de haber realizado una recopilación de datos mediante encuestas y entrevistas a los usuarios se obtuvo la siguiente lista de demandas o necesidades: 1. Que tenga 12 butacas 2. Que tenga movimientos giratorio y de vaivén de las butacas 3. Que tenga una plataforma base máximo de ф4m 4. Que sea estable 5. Que su mantenimiento sea fácil 6. Que su operación sea fácil 7. Que su funcionamiento sea silencioso 8. Que brinde seguridad para usuarios 9. Que sea atractivo a la vista del usuario (decoración atractiva) 10. Que sus butacas sean cómodas 11. Que su costo sea bajo 12. Que su instalación sea fácil Una vez definida las necesidades y requerimientos de los usuarios se establecieron las características técnicas del carrusel para entretenimiento infantil, posteriormente se desarrolló la casa de la calidad, la cual se puede observar en la Figura 2-1.

7

8

muy positiva

COMPROMISOS

positiva negativa muy negativa

1

2

3

4

VOZ DEL USUARIO

Tipo de demanda

Necesidades y Deseos del Cliente

Movimiento rotatorio estable

9

9

3

1

9

9

9

1

3

9

9

9

3

Desplazamiento vertical de la butaca

Mantenimiento

3

3

9

9

3

3

1

1

Nivel de ruido

Seguridad

3 3

9

Ergonomía

Estética

9

3

1

9

3

3 9

E

F

G

Objetivos

Indice de Mejora

Factor de Venta

Importancia

H

I

Competencia 1 Competencia 2

Ponderació Ponderació n n en %

1

5

4

5

5.0

1.00

5

25.00

9.70

1

5

5

5

5.0

1.50

5

37.50

14.56

1

4

4

5

5.0

1.20

4

24.00

9.32

4

4

4

4.0

1.00

3

12.00

4.66

3

4

3

3.0

1.50

5

22.50

8.73

1

1

5

5

4

4.0

1.00

4

16.00

6.21

1

4

5

3

3.0

1.20

4

14.40

5.59

3

3

3

3

1

9

1

3

1

5

4

4

4.0

1.50

5

30.00

11.65

1

1

9

1

5

5

3

3.0

1.50

5

22.50

8.73

1

1

9

3

1

4

5

4

4.0

1.20

4

19.20

7.45

3

9

3

3

1

3

3

3

3.0

1.50

5

22.50

8.73

3

1

1

1

3

3

3

3.0

1.00

4

Mantenimiento

Nivel de ruido

Seguridad

Ergonomía

Estética

9

9

3

3

1

9

1

Propia Empresa

1

3

9

9

Dimensiones

Peso

PROPIA EMPRESA

1

1

1

1

1

1

1

1

COMPETENCIA 1 COMPETENCIA 2 INCIDENCIA INCIDENCIA EN %

5 5 1085 14.3

4 4 1057 13.9

4 4 1025 13.5

4 4 799 10.5

3 3 874 11.5

4 5 476 6.3

5 4 1270 16.7

4 3 529 7.0

5 5 493 6.5

EVALUACIÓN TÉCNICA

D

1

adornos con diseños infantiles

9

C

9

3 9

B

1

9 3

Butacas con monturas cómodas

E O E B O O O B E E O O

Peso

Pista de material antideslizante y freno de emergencia

11 12

12 butacas Movimientos giratorio de plataforma y de vaivén de las butacas Dimensión de plataforma base máximo ф4m Estable Facilidad de mantenimiento Fácil operación Funcionamiento silencioso Brinde seguridad para usuarios Atractivo a la vista del usuario Butacas cómodas Bajo costo Fácil instalación

Dimensiones

70 dB

9 10

A

EVALUACIÓN DEL USUARIO

Diseño sencillo elementos estandarizados disponibles en el mercado

7 8

9

Amplitud de oscilación de butaca: 40 cm

6

8

Apoyos distribuidos en la base de la plataforma

5

7

800 kg

4

6

máximo ф 4 m x 4 m

2 3

VALORES DE REFERENCIA

1

5

VOZ DEL INGENIERO

Movimiento Desplazamiento rotatorio estable vertical de la butaca

3

ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA 7608 100

Figura 2-1: Casa de la calidad aplicada a la definición de las características del carrusel para entretenimiento infantil.

9

12.00

4.66

257.60

100.00

2.2.

ESPECIFICACIONES

DEL

CARRUSEL

PARA

ENTRETENIMIENTO INFANTIL El carrusel para entretenimiento infantil debe cumplir con los requerimientos planteados en la Tabla 2-1. Tabla 2-1: Tabla de especificaciones del carrusel para entretenimiento infantil.

Empresa de ingeniería: FIM-EPN Integrantes: Fabián Iza, Daniel Terán Concepto

Propone

R/D

Descripción

18/03/11

C

R

18/03/11

C

R

Proporcionar un medio de diversión consistente en una plataforma rotatoria con butacas para los pasajeros Generar un movimiento rotatorio de velocidad constante y vertical oscilatorio

Dimensiones

21/03/11 21/03/11 21/03/11 21/03/11

C C C C

R R R R

Área disponible: 25 m Dimensiones máximas: Ø4 m x 4 m de altura Capacidad: 12 butacas Peso de pasajeros: entre 20 y 35 kg

Movimientos

22/03/11 22/03/11

C+I C+I I

R R R

Movimiento rotatorio Movimiento vertical oscilatorio de las butacas Velocidad de rotación de la plataforma: 6 rpm

22/03/11 22/03/11

I I

R R

Amplitud de oscilación de butaca: 200 mm Velocidad de oscilación: 18 golpes/minuto

Materiales

22/03/11

I

R

Plástico reforzado con fibra de vidrio (FRP), acero galvanizado, capa fadness.

Energía

22/03/11

I

R

Energía eléctrica monofásica; Voltaje: 110V AC

Vida útil y mantenimiento

22/03/11 22/03/11

I I

R R

Seguridad y ergonomía

22/03/11 22/03/11 22/03/11

C+I C+I C+I

R R R

Función

Fecha

Producto: Fecha inicial: 23/03/11 Última Revisión: 24/03/11 Carrusel para entretenimiento infantil

Propone: C=Cliente, I= Ingeniería

2

En operación: 10 años; fiabilidad: 95% Mantenimiento preventivo: cada 4 meses Piso con material antideslizante Sistema de freno de emergencia Butacas con montura ergonómica

R/D: R=Requerimientos, D= Deseo.

10

2.3.

ANÁLISIS FUNCIONAL Y ESTRUCTURA MODULAR

11

2.4.

MÓDULOS Y ALTERNATIVAS

2.4.1.

MÓDULO 1. INGRESO POSICIONAMIENTO Y SALIDA DE USUARIO

2.4.1.1.

Función 1. Ingresar usuario.

Descripción: Se debe implementar un sistema que permitirá el ingreso del usuario hacia

la

plataforma del carrusel. Solución. Colocación de escalones para ascender hacia la plataforma. El carrusel debe estar cercado por barras que, de igual forma permitirá el ingreso a los usuarios. 2.4.1.2.

Función 2. Posicionar usuario en butaca.

Descripción: Consiste en ayudar al usuario a ubicarse en las butacas de una manera fácil y sin riesgo de algún accidente. Solución 1. Apoyo localizado en la base de la butaca. Solución 2. Persona encargada de la adecuada ubicación de los usuarios en las butacas. 2.4.1.3.

Función 3. Asegurar usuario en butaca.

Descripción: Se debe colocar dispositivos que brinden la seguridad necesaria para mantener a los niños en las butacas sin el peligro de sufrir alguna caída. Solución. Uso de cinturones de seguridad instalado en la butaca.

12

2.4.2. 2.4.2.1.

MÓDULO 2. MOVIMIENTOS DEL CARRUSEL Función 1. Producir movimiento.

Descripción: El motor eléctrico proporcionará la potencia y energía mecánica para el movimiento del carrusel, y su solución es única por requerimiento del cliente. Solución: Motor eléctrico. 2.4.2.2.

Función 2. Producir velocidad requerida.

Descripción: Este sistema se utilizará para trasmitir el movimiento y variar la velocidad producida por el motor eléctrico a una velocidad constante y adecuada. Solución 1: Tornillo sin fin corona. Solución 2. Bandas y poleas. Solución 3. Cadena y catalina. 2.4.2.3.

Función3. Generar movimiento rotatorio de la plataforma.

Descripción: Después de haberse conseguido la velocidad necesaria se desea obtener un movimiento rotatorio horizontal del eje y transmitirla hacia la plataforma y para esta función se tienen las siguientes alternativas. Solución 1. Transmisión por engranajes cónicos. Solución 2. Transmisión mediante llanta. 2.4.2.4.

Función 4. Originar movimiento oscilatorio vertical

Descripción: 13

Dicha función nos ayudará a obtener un movimiento rotatorio vertical y posteriormente un movimiento oscilatorio vertical de las butacas. Solución 1. Geometría ondulatoria de la plataforma. Solución 2. Engranajes cónico-corona y cigüeñales. Solución 3. Levas y seguidores. 2.4.3.

Módulo 3. Estructura.

Descripción: Proporciona rigidez, estabilidad y soporte de los módulos funcionales. Solución: Estructura metálica soldada y empernada, plataforma de acero y madera. 2.4.4.

Módulo 4. Frenar mecanismo.

Descripción: Se incorporará un sistema eléctrico para desactivar el motor eléctrico.

2.5.

EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS:

14

MÓDULO 1. ENTRADA, POSICIONAMIENTO Y SALIDA DE USUARIO Solución 2

Ingresar y retirar usuario

Solución 1

Plataforma baja

Posicionar y bajar usuario de butaca

Colocar escalones

Persona encargada de posicionar y bajar usuario

Asegurar usuario en butaca

Apoyo fijado a la base de la butaca

Cinturón de seguridad

Alternativa A.

Alternativa B. 15

Alternativa C

MÓDULO 2. MOVIMIENTOS DEL CARRUSEL Solución 2

Solución 3

Reductor por cadena-catalina

Reductor por poleas y bandas

Accionar mecanismo y producir movimiento

Solución 1

Producir velocidad requerida

Motor eléctrico

Generar movimiento oscilatorio vertical de butacas

Generar movimiento rotatorio de la plataforma

Reductor por tornillo sin fin corona

Transmisión por engranajes cónicos

Transmisión por llanta

Geometría ondulatoria Engranajes cónico-corona 16 Levas y seguidores en y cigüeñal en la parte de la plataforma la parte inferior superior

Alternativa A.

Alternativa B.

Alternativa C.

MÓDULO 3. ESTRUCTURA Solución 2

Soportar eje principal y plataforma

Solución 1

Soporte circular inferior

Sostener plataforma

Soporte inferior

Base de plataforma

17

Estructura superior

Columna

Carpa

Adorno superior.

Alternativa A. Alternativa B. 18

2.5.1.

MÓDULO 1. ENTRADA, POSICIONAMIENTO Y SALIDA DEL USUARIO

2.5.1.1.

ALTERNATIVA A.

Descripción: Primera alternativa de selección, consta de una plataforma con una distancia mínima entre el suelo y su base, además para posicionar al usuario se instalará apoyos en los tiradores y finalmente se colocarán cinturones de seguridad en las butacas.

Figura 2.5.1. Alternativa A. (Módulo 1)

Ventajas: - Mayor ergonomía debido a que el usuario tendrá la facilidad de ingreso hacia la plataforma del carrusel debido a su diseño. Desventajas: - No brinda una completa seguridad debido a que no se tiene personal para la adecuada ubicación de los usuarios. 2.5.1.2.

ALTERNATIVA B.

Descripción:

19

Se tiene una plataforma con una distancia mínima entre el suelo y su base, para posicionar al usuario se tiene la ayuda de una persona que se encarga también de la seguridad, finalmente se colocarán cinturones de seguridad en las butacas.

Figura 2.5.2. Alternativa B. (Módulo 1)

Ventajas: - Este sistema es más seguro debido a que existirá una persona para la seguridad del usuario. - Facilidad de acceso al carrusel mediante escaleras. Desventajas: - El mantenimiento se vuelve complicado debido a la reducción de espacio entre la base de la plataforma y el suelo. 2.5.1.3.

ALTERNATIVA C.

Descripción: Se instalarán gradas para que el usuario tenga acceso hacia la plataforma, para posicionar al usuario se instalan apoyos en los tiradores, finalmente se colocarán cinturones de seguridad en las butacas.

20

Figura 2.5.3. Alternativa C. (Módulo 1)

Ventajas: - Con este sistema se tiene de igual forma una adecuada comodidad para el ingreso del usuario hacia la plataforma. Desventajas: - No brinda una completa seguridad debido a que no se tiene personal para la adecuada ubicación de los usuarios. Selección de la alternativa. Método de los residuos ponderados. La ponderación se determina de la siguiente manera: - 1 Si el criterio (o solución) de la filas es superior (o mejor;>) que el de las columnas. - 0,5 Si el criterio (o solución) es equivalente (=) al de las columnas. - 0 Si el criterio (o solución) de la filas es inferior (o peor; Fr 2Yo Fa 1 ≤ Fr 2Yo

Luego de hacer los cálculos respectivos buscamos en el catalogo el rodamiento que soporte la carga critica. A continuación los resultados obtenidos: Rodamiento d (mm)

Fa(Kgf)

Fr(Kgf) Po(Kgf)

fs

η

Co (Kgf)

Co*(Kgf) Denominación

1

50

1199,19

149,9

1034,3

2

4

8274,4

9000

FAG 303 10 A

2

70

-

149,9

149,9

2

4

1199,2

8800

FAG 320 14 X

Tabla 3. Resultados

3.5.2.

Rodamientos en los cigüeñales

Condiciones de funcionamiento: Estos rodamientos solo van a soportar la carga radial debido al peso del cigüeñal, además de las respectivas butacas y de los usuarios por lo que hemos decidido usar rodamiento rígido de bolas. Como son 6 cigüeñales el número de rodamientos serán 12 Rodamiento

Rodamiento

Figura 39. Diagrama de cuerpo libre Rodamiento 1. Diagrama de cuerpo libre

82

Figura 40. Diagrama de cuerpo libre

Figura 41. Diagrama de fuerzas del rodamiento 1 Rodamiento 2. Diagrama de cuerpo libre

F Figura 42. Diagrama de cuerpo libre

Figura 43. Diagrama de fuerzas rodamiento 2

83

3.5.2.1.

Solución y referencia.

Para la selección del rodamiento hemos escogido la marca FAG ya que tiene una amplia gama de rodamientos y es fácil de encontrar en el mercado. Usamos el catalogo 41 250 SA de donde usamos las siguientes formulas para carga estática equivalente.

Po = 0.6Fr + 0.5Fa (Kgf)

Para

Po = Fr (Kgf)

Para

Fa > 0.8 Fr Fa ≤ 0.8 Fr

Donde: Po = Carga estática equivalente Fr = Carga radial Fa = Carga axial

Co = Fs.Po (Kgf) Coseguro=η.Co (Kgf) Donde: Fs = Factor de esfuerzos estáticos

η = Factor de seguridad Luego de hacer los cálculos respectivos buscamos en el catalogo el rodamiento que soporte la carga critica. A continuación los resultados obtenidos: Rodamiento d (mm) Fa(Kgf)

Fr(Kgf) Po(Kgf) fs

84

η

Co (Kgf)

Co*(Kgf) Denominación

1

25

-

188,85

188,85

2

2

755,4

1160

FAG 63 05

2

25

-

103,09

103,09

2

2

412,36

500

FAG 60 05

Tabla 4. Resultados 3.5.3.

Rodamientos en los tiradores

Condiciones de funcionamiento: Estos rodamientos solo van a soportar la carga radial debido al peso de las respectivas butacas y de los usuarios por lo que hemos decidido usar rodamiento rígido de bolas. Como son 12 tiradores el número de rodamientos serán 12, 6 del rodamiento 1 y 6 del rodamiento 2

Rodamiento

Rodamiento Figura 44. Diagrama de cuerpo libre Rodamiento 1. Diagrama de cuerpo libre

85

Figura 45. Diagrama de cuerpo libre

Figura 46. Diagrama de fuerzas

Rodamiento 2. Diagrama de cuerpo libre

Figura 47. Diagrama de cuerpo libre

Figura 48. Diagrama de fuerzas 86

3.5.3.1.

Solución y referencia.

Para la selección del rodamiento hemos escogido la marca FAG ya que tiene una amplia gama de rodamientos y es fácil de encontrar en el mercado. Usamos el catalogo 41 250 SA de donde usamos las siguientes formulas para carga estática equivalente.

Po = 0.6Fr + 0.5Fa (Kgf)

Para

Po = Fr (Kgf)

Para

Fa > 0.8 Fr Fa ≤ 0.8 Fr

Donde: Po = Carga estática equivalente Fr = Carga radial Fa = Carga axial

Co = Fs.Po (Kgf) Coseguro=η.Co (Kgf) Donde: Fs = Factor de esfuerzos estáticos

η = Factor de seguridad Luego de hacer los cálculos respectivos buscamos en el catalogo el rodamiento que soporte la carga critica. A continuación los resultados obtenidos: Rodamiento d (mm) Fa(Kgf)

Fr(Kgf) Po(Kgf) fs

87

η

Co (Kgf) Co*(Kgf) Denominación

1

25

-

103,09

103,09

2

2

412,36

500

FAG 60 05

2

25

-

49,97

49,97

2

2

199,88

500

FAG 60 05

Tabla 5. Resultados

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CAPÍTULO 4. ANÁLISIS DE COSTOS DEL CARRUSEL INFANTIL 4.1.

Introducción

Una vez que se ha realizado el diseño del carrusel es necesario realizar un análisis económico de para tener una referencia del costo total del equipo. En la tabla 4.1 se tiene las dimensiones de algunos materiales necesarios en la construcción del carrusel. Denominación Dimensiones (mm) Estructura inferior Perfil cuadrado 50x2x29000 Eje principal Φ8,5x7720 Base de plataforma Perfil cuadrado 50x2x19380 Plataforma Diámetro 4000 Apoyo para subir a la butaca Placa de 15x120x300 Guía de tubo para apoyo Placa de 25x155x300 Base de butaca 310X1000X20 Butaca Longitud de 900 Tubo decorativo Φ40x2000 Eje con gancho Φ240x2251 Tubo guía de butaca Φ40x2167 Tirador Φ200x2208 Estructura superior Perfil cuadrado 50x2x22110 Corona Módulo 6, 45 dientes Engranajes cónicos Módulo 6, 15 dientes Base de eje con gancho Placa de 15x600x600 Perno de tubo decorativo 1/4"X1" Soporte de tubo decorador Tubo redondo Φ422X1,5x40 y soporte de butaca Tubo redondo Φ422X1,5x170 Cubierta Φ4000, altura 1000 Cigüeñales: Φ250x95001584 Apoyo de chumacera Placa de 15x90x90 Soporte de corona Placa de 50x500x500 Tensor alamre de 1/2"x6000 Placa circular de tensores Φ70x44 Placa transversal de cigüeñales Placa de 30x120x180 Soporte rodamiento Φ126X74 Tabla 4.1 Dimensiones de los materiales

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90

91

La tabla 4.4 nos muestra el tiempo de producción de los elementos del carrusel, y con esto se tiene el costo del tiempo de cada máquina por hora La tabla 4.5 nos muestra el total de costo por la producción de los elementos del carrusel. La tabla 4.6 nos muestra los costos adicionales por la construcción del carrusel. Máquina Tiempo total herramienta Costo herram./h operación Costo total Fresadora 9 6,4 57,6 Torno 7 8,7 60,9 Taladro 5 4,8 24 Dobladora 20 3 60 Soldadura 5 16,13 80,65 Amoladora 1,5 6,9 9,45 Oxicorte 10 5,9 59 Corte 1,5 6,05 9,075 Pintura 5 8,5 42,5 Total 66,38 403,175 Tabla 4.5 Costo total de producción Otros rubros Imprevistos (1%) 1134,82 Montaje 300 Transporte 50 Utilidad (3%) 3404,48 Total 4889,30 Tabla 4.5 Costo total de producción El costo total es la suma de todos los costos parciales que se detallaron anteriormente. Costo de

Costo de

Otros

material

producción

rubros

11348,25

403,2

4889,3 16640,7

Tabla 4.6 Costo total del carrusel

92

Total

CAPÍTULO 5. PROTOCOLO DE ENSAYOS 5.1.

Protocolo de ensayos para un carrusel infantil.

Este protocolo tiene por objeto definir el ensayo de un carrusel que va ser implementado en un centro educativo a fin de proveer una máquina de distracción segura y fiable.

5.2.

Objetivo

Se desea comprobar que el carrusel realice las funciones correspondientes a su vida útil sin fallar en condiciones análogas a las de utilización. Las pruebas deben garantizar la funcionalidad y fiabilidad del equipo.

5.3.

Diseño del ensayo

Las pruebas necesarias para el carrusel son: - Pruebas para comprobar la resistencia del eje principal, estructura, elementos del carrusel, la velocidad de rotación del carrusel y velocidad de oscilación de las butacas establecidas en las especificaciones - Pruebas para comprobar la potencia del motor. 5.3.1.

Prueba para comprobar la resistencia de los elementos, la velocidad rotacional del carrusel y oscilatoria de las butacas.

Esta prueba tiene como finalidad comprobar la resistencia de los elementos del carrusel, comprobar su correcta estabilidad especialmente de la plataforma, observar que no existan vibraciones que pueden dañar los elementos, especialmente aquellos que deben transmitir la potencia del motor como los engranajes. Otra finalidad de esta prueba es comprobar la velocidad rotacional del carrusel y la oscilación de las butacas, comprobar que se consigue una velocidad constante. Para esta prueba se va a considerar diferentes casos. Caso 1. Carrusel con butacas completamente ocupadas. La prueba se realizará cuando el carrusel esté en reposo y en movimiento. En reposo el tiempo será de 30 minutos y en movimiento el tiempo necesario será de 1 hora. 93

Prueba en reposo 1. En primer lugar las butacas serán ocupadas con pesos simulados semejantes a los de los usuarios. Dicho peso se conseguirá con un saco lleno de arena. 2. Después de haberse colocado el peso necesario se procede a observar durante 30 minutos si se produce alguna deformación debido a los esfuerzos producidos en el eje principal, estructura base y estructura superior. De no ocurrir alguna deformación los materiales utilizados para los diferentes elementos y los cálculos respectivos serán correctos. Prueba en movimiento. (Carrusel en funcionamiento) En este caso se observará la resistencia de los elementos, también se medirá las velocidades del carrusel y el desplazamiento de las butacas. La velocidad que se debe comprobar es de 6 revoluciones por minuto y la velocidad de desplazamiento oscilatorio de las butacas es de 18 rpm. 1. Con el peso necesario se procede a poner en funcionamiento el carrusel. 2. Minutos después de haberse puesto en funcionamiento se procede a medir la velocidad de rotación del carrusel con un medidor de revoluciones. Comprobada la velocidad de rotación se procede a comprobar la velocidad oscilatoria de las butacas en revoluciones por minuto. 3. Posteriormente se comprobará que se obtiene una velocidad constante y un movimiento uniforme midiendo las velocidades en diferentes tiempos cada 5 minutos con un cronómetro. 4. El carrusel funcionará durante 1 hora en este tiempo se observará si existen deformaciones en los elementos ya mencionados, se verifica también la estabilidad de la plataforma y de todo el carrusel. Caso 2. Carrusel con la mitad de butacas ocupadas (un solo lado). Se realiza el mismo procedimiento anterior pero con el peso localizado únicamente en un lado del carrusel. Para la prueba en reposo y en movimiento se observará que no existan grandes deformaciones en el eje principal y en los elementos que están sometidos a esfuerzos como la estructura base y la superior. 94

De igual forma se medirá la velocidad de rotación del carrusel con un medidor de revoluciones y la velocidad oscilatoria de las butacas en revoluciones por minuto, mediante un cronómetro, también se comprobará que se obtenga una velocidad constante con un movimiento uniforme midiendo las velocidades en diferentes tiempos. El tiempo de medición será cada 5 minutos. 5.3.2.

Pruebas para comprobar la potencia del motor.

Esta prueba tiene como finalidad demostrar y comprobar que la potencia obtenida mediante cálculos sea la correcta y que no existan atascamientos debido a una mala elección del motor. 1. El primer paso es colocar los pesos necesarios en las butacas tal y como se procedió en la prueba anterior. 2. El segundo paso será encender el motor y apagarlo después de haber conseguido una velocidad constante de la plataforma, si en este lapso de corto tiempo no ocurre atascamientos debido a la inercia del carrusel podemos comprobar que la potencia del motor es la correcta.

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CAPÍTULO 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 6.1.

CONCLUSIONES:

- El diseño de un carrusel infantil fue de gran utilidad para optimizar los conocimientos teóricos y prácticos ya adquiridos en el transcurso de nuestro estudio. - El carrusel está conformada por elementos sencillos de fácil construcción y materiales de gran disponibilidad en el mercado local, de esta manera en un futuro se puede realizar la construcción del mismo, además su diseño puede ser mejorado cada vez en los cursos posteriores. - En nuestro medio existe un escaso conocimiento acerca de este diseño es por eso que también es otra causa muy importante para seguir implementándolo en cursos posteriores, incluso podría servir como un tema de tesis ya que se hizo algunas investigaciones y no existen temas referentes a este tipo de diseño. - No se contó con el tiempo suficiente para realizar los respectivos cálculos de todos los elementos principales de carrusel y tampoco se alcanzó a realizar un estudio acerca de la conexión eléctrica por lo que es un diseño bastante extenso y complejo. - Al analizar el costo total del carrusel podemos concluir que se aproxima mucho al costo de otros fabricados en el exterior, con lo cual se puede decir que el carrusel diseñado puede lidiar en el mercado con la de más competencia. - En el transcurso del curso hemos corregido y cambiado algunas partes y soluciones al diseño inicial, por lo que se puede decir que

el diseño del

carrusel puede ser cambiado y mejorado por cursos posteriores. - El uso del diseño concurrente fue una herramienta muy importante que facilito nuestro diseño y nos dio una visión mas clara de la funcionalidad y especificaciones del carrusel.

96

6.2.

Recomendaciones

- Siempre es necesario en cada diseño realizar un protocolo de ensayos ya que nos ayuda a verificar que la máquina funcionará correctamente cuando esté realizando el trabajo para en cual fue construida. - Se recomienda un estudio más profundo acerca de este diseño por las causas que se explicaron anteriormente, además existen varios centros comerciales y educativos que podrían optar por la adquisición de un carrusel infantil. -

Siempre los elementos (rodamientos, engranajes) que trabajan a fricción deben ser correctamente lubricados para disminuir el desgaste y deterioro de debido al rozamiento que se produce en las superficies de dichos elementos.

-

En los costos existen varios elementos de elevado costo y que son numerosos los cuales podrían cambiarse para reducir los costos, como son las chumaceras, las cuales se podría cambiar por bocines.

- Es importante tener en cuenta los materiales y elementos que se usaran para la fabricación de cualquier maquina, ya que en ciertos casos es mejor (tiempo y dinero) adquirir el o los elementos, que diseñarlos y fabricarlos.

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CAPÍTULO 7.

BIBLIOGRAFÍA 1. Conservancy, G. (27 de Octubre de 2010). Carousel Feasibility Study. Recuperado

el

17

de

Marzo

de

2011,

http://rosekennedygreenway.files.wordpress.com/2010/10/10-27-10community-meeting_final.pdf

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de