UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE EXTENSIÓN LATACUNGA INGENIERÍA AUTOMOTRIZ ESTRUCTURAS Y ACABADOS AUTOMOTRICES T
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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 https://es.wikipedia.org/wiki/Autob%C3%BAs_urbano
el
07
de
julio
del
2015
de
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 3
Instituto Ecuatoriano de Normalización. (2010). Vehículos Automotores Bus Urbano. 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
Cuadrado Tubos Acero Galvanizado Rectangular
4
Perfiles
Perfiles en L
Acero Galvanizado
Perfiles en U
Merkum. (2014). Bus Urbano. http://www.merkumblog.blogspot.com/
APLICACIÓN EN LA CARROCERÍA
CARACTERÍSTICA S TÉCNICAS
Se utiliza para los largueros del piso, ventanas, tubos de refuerzo lateral y también para la parte frontal. Se utiliza para los largueros del piso, ventanas, tubos de refuerzo lateral y también para la parte frontal Se utiliza para los ángulos del piso, parte inferior. Básicamente son usados en el propio chasis del vehículo,
Esfuerzo de fluencia: fy= 2400 Kg/cm2
Recuperado
el
07
Módulo de elasticidad: E= 200 GPa. Módulo de elasticidad por corte G= 80 Gpa. Esfuerzo de fluencia: fy= 248 MPa Módulo de elasticidad: de
julio
del
NORMA DE FABRICACIÓN
INEN 2415 ACERO ESTRUCTURAL ASTM-A36
INEN 1623 ACERO ESTRUCTURAL ASTM-A36
2015,
de
Perfiles en T
Planchas Acero Galvanizado
Vidrio Laminado y Templado
se colocan como soportes laterales de la estructura en grandes dimensiones con otras aplicaciones en todo el conjunto de la carrocería. Soportes inferiores de la carrocería en el alojamiento de las ruedas. Motores, uniones, soportes, pisos, cárter, guantera, porta estéreos, y otras partes no expuestas.
Parabrisas, lunetas y ventanas
E= 200 GPa. Módulo de elasticidad por corte G= 80 Gpa.
Espesor: 0 .3 mm a 2.9 mm
ASTM A653 (Norma de recubrimiento)
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
Vidrio
Espesor: 8 mm
Láminas Metálicas
Espesor: 0,5 mm
Asientos
Láminas de fibra de vidrio
Mecanismo reclinación - Cojines, respaldos. - Codera, apoyabrazos. Espesor: 0,5 mm
MASA Densidad 2457,6 kg/m3 Volumen/m2 0,008m3 19,6608 kg/m2 Densidad 7850 kg/m3 Volumen/m2 0,0005 m3 3,925 kg/m2
Densidad 7850 30 kg/ unidad
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 considerará 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 deberá́ 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 2 da 3era
900 mm x 300 mm 900 mm x 250 mm 900 mm x 250 mm
POSTERIOR
1 era 2 da 3era
1000 mm x 300 mm 1000 mm x 250 mm 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 ∗ (
2 1𝑚 ) 1000 𝑚𝑚
𝐴𝐸𝐹 = 0.72 𝑚2 GRADAS PUERTA POSTERIOR 𝐴𝐸𝑇 = 𝐴1 + 𝐴2 + 𝐴3
𝐴𝐸𝑇 = 10000 ∗ (3000 + 250 + 250) 𝐴𝐸𝑇 = 1000 ∗ (800) 2 1𝑚 𝐴𝐸𝑇 = 800000 𝑚𝑚2 ∗ ( ) 1000 𝑚𝑚
𝐴𝐸𝑇 = 0.8 𝑚2 AREA TABLERO DE CONTROLES
𝐴 𝑇𝑎𝑏𝑙𝑒𝑟𝑜 = 500 𝑚𝑚 𝑥 2400 𝑚𝑚 Tapicería frontal
𝐴 𝑇𝑎𝑏𝑙𝑒𝑟𝑜 = 1200000 𝑚𝑚2 𝐴 𝑇𝑎𝑏𝑙𝑒𝑟𝑜 = 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 Area Izquierda
17,92 m2 20,725 m2 Puerta delantera
Alto Ancho Área puerta delantera
2 m 0,9 m 1,8 m2 Puerta trasera
Alto Ancho Área puerta delantera
2 m 1 m 2 m2
PISO Y TECHO Area del Piso Area del Techo
27,02 m2 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 Derecho Área neta de los lados para los vidrios Área neta de las puertas para los vidrios
10,72 m2 7,98 m2 18,7 m2 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 Área total para la fibra de vidrio Área total para el vidrio
96,375 m2 7,04 m2 27,51 m2
MASA DE LOS MATERIALES Asiento Asiento Número de asientos Masa total de los asientos
4 Kg 43 172 Kg
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Plancha de acero estructural Ancho Largo Área de la plancha Masa de la plancha
1,22 2,44 2,9768 46,74
m m m2 Kg
Vidrio Espesor Densidad
6 mm 15 Kg/m2
Fibra de vidrio Espesor Densidad
2 mm 2480 Kg/m3
REQUISISTOS DE FUERZA Y CARGAS Estructura Chapa Vidrio Fibra de vidrio Asientos
880,373 1513,224772 412,65 34,9184 172
Kg Kg Kg Kg Kg
CARGAS ESTÁTICAS Peso Carrocería Peso Chasis Isuzu LV150 Peso Total Valor de Carga Muerta
3059,247772 Kg 5550 Kg 8609,247772 Kg M
Ocupante Número de Pasajeros Masa de Pasajeros
Mp
Valor de Carga Viva
V
84456,72064 N 70 Kg 67 4690 Kg 46008,9 N
CARGAS DINÁMICAS Velocidad Inicial Velocidad Final Desplazamiento Aceleración de Frenado Masa Total
Vi 25 m/s Vf 0 m/s S 85 m a -3,676470588 m/s2 Mt 13299,24777 Kg
Carga de Frenado
F
48894,29328 N
Velocidad Inicial Velocidad Final Desplazamiento Aceleración Masa Total
Vi Vf S a Mt
0 25 85 3,676470588 13299,24777
m/s m/s m m/s2 Kg
Carga de Aceleración
Ab
48894,29328 N
Velocidad de Giro Radio de Giro Aceleración de giro Masa Total
V r a Mt
25 350 1,785714286 13299,24777
Carga de Giro
G
23748,65673 N
Coeficiente de resistencia aerodinámica Densidad del Aire Área Correspondiente a la proyección del Autobús Velocidad del Autobús
Cx ρ Af V
Carga por Resistencia del Aire Frontal
Raf 81,67901875 N
m/s m m/s2 Kg
0,7 1,225 Kg/m3 7,6202 m2 25 m/s
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 1,2M+0,5V+0,5F+1,3Raf 1,2M+1,5Ab+0,5V 0,9M-1,3Raf 0,9M+1,3Raf
5. Análisis de resultados Diagramas estadísticos
179644,2772 148905,8441 197693,9547 75904,86585 76117,2313
N N N N N
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