DISEÑO DE UNA MAQUINA PARA CONSTRUCCION DE …

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DISEÑO DE UNA MAQUINA PARA CONSTRUCCION DE FUSELAJES EN MATERIALES COMPUESTOS MEDIANTE APLICACIÓN DE HILOS DE FIBRA

VICTOR ADOLFO ROMERO CANO CHRISTIAN RONDON PEJENDINO

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE AUTOMATICA Y ELECTRONICA PROGRAMA DE INGENIERIA MECATRONICA

SANTIAGO DE CALI 2007

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DISEÑO DE UNA MAQUINA PARA CONSTRUCCION DE FUSELAJES EN MATERIALES COMPUESTOS MEDIANTE APLICACIÓN DE HILOS DE FIBRA

VICTOR ADOLFO ROMERO CANO CHRISTIAN RONDON PEJENDINO

Pasantía para optar el título de Ingeniero Mecatrónico

Director

ROBERT COOPER Ingeniero Mecánico

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE AUTOMATICA Y ELECTRONICA PROGRAMA DE INGENIERIA MECATRONICA

SANTIAGO DE CALI 2007

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Nota de Aceptación:

Aprobado por el comité de grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar el titulo de Ingeniero Mecatrónico

Ing. JIMMY TOMBE ANDRADE Jurado Ing. JOSE IGNACIO PEREZ Jurado

Santiago de Cali, Julio 12 de 2007

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AGRADECIMIENTOS

Expresamos agradecimientos a: Dios que con su paternal fortaleza y compañía inspiró cada decisión con el fin de hacerla útil en la tarea de alcanzar esta meta. Nuestros padres que siempre confiaron en nosotros, que regalándonos su apoyo, nos animaron durante el desarrollo y culminación de esta etapa de nuestras vidas. Ingeniero Robert Cooper por su constante colaboración en el desarrollo de este trabajo de grado. Ingeniero Jaime Aguilar por brindar proyectos tan interesantes como opción de grado. Los Ingenieros Marco González y Giovanni Díaz por compartir su experiencia en el desarrollo de este tipo de tecnología. Y por supuesto a todos los profesores, compañeros y todas las personas que estuvieron involucradas en nuestra formación como profesionales y como personas.

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CONTENIDO

Pág. RESUMEN 19 INTRODUCCIÓN 20 1. JUSTIFICACIÓN 21 2. OBJETIVOS 22 2.1 OBJETIVO GENERAL 22 2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS 22 3. MARCO TEORICO 22 3.1 MATERIALES COMPUESTOS 24 3.1.1 La matriz 25 3.1.2 Los polímeros 25 3.1.3 Las resinas 26 3.2 FILAMENT WINDING O BOBINADO DE FIBRA 27 3.3 TEORÍA DE CONTROLES Y ACTUADORES 28

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4. DESARROLLO DEL PLANTEAMIENTO DE LA MISIÓN 29 4.1 DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO 29 4.2 METAS COMERCIALES CLAVES 29 4.3 MERCADO PRIMARIO 29 4.4 MERCADO SECUNDARIO 29 4.5 POSTULADOS Y RESTRICCIONES QUE VAN A GUIAR EL ESFUERZO DE DESARROLLO

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4.6 PARTES IMPLICADAS 30 5. DESARROLLO CONCEPTUAL 31 5.1 IDENTIFICACIÓN DE NECESIDADES 31 5.1.1 Recopilación de Datos sin procesar de los Clientes 31 5.1.2 Establecimiento de la importancia relativa de las necesidades 34 5.2 ESPECIFICACIONES PRELIMINARES DEL DISPOSITIVO 34 5.2.1 Lista de medidas 34 5.2.2 Recopilación de información de Benchmarking 35 5.2.3 Establecimiento de valores objeto ideales y marginalmente aceptables

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5.3 GENERACIÓN DE CONCEPTOS 36 5.3.1 Clarificación del Problema 38 5.3.2 Caja negra 38 5.4 SUBFUNCIONES MÁS CRÍTICAS DE DISEÑO 40 5.5 BÚSQUEDA EXTERNA 40 5.6 BÚSQUEDA INTERNA (BRAINSTORMING) 53 5.7 EXPLORACIÓN SISTEMATIZADA 55 5.7.1 Árbol de clasificación de conceptos 55 5.7.2 Combinación de conceptos 63 5.8 SELECCIÓN DE CONCEPTOS 64 5.8.1 Criterio de viabilidad 64 5.8.2 Matriz de Selección de conceptos 71 5.9 EVALUACIÓN DE CONCEPTOS 75 5.10 PRUEBA DE CONCEPTO 79 5.11 ESPECIFICACIONES FINALES 85

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6. DISEÑO A NIVEL SISTEMA 86 6.1 ESTABLECIMIENTO DE LA ARQUITECTURA 86 7. DISEÑO DE DETALLES 90 7.1 DISEÑO INDIVIDUAL DE LAS PIEZAS 90 7.1.1 Carro 91 7.1.2 Sistema – mandril 137 7.2 DISEÑO DEL SISTEMA ELECTRONICO Y DE CONTROL 154 7.2.1 Aceptar y administrar la energía externa (Interfaz, y proceso) 155 7.2.2 Captar y procesar información del operario y el estado del proceso y de la máquina - Controlar orientación de arrollado de hilos

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7.2.3 Principios de la Estrategia de Control 157 8. CONCLUSIONES 160 BIBLIOGRAFIA 162 ANEXOS 165

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LISTA DE TABLAS

Pág. Tabla 1. Características requeridas por el CITA 32 Tabla 2. Necesidades del cliente 33 Tabla 3. Especificaciones objetivo o preliminares 34 Tabla 4. Gráfica de benchmarking con base en las medidas 35 Tabla 5. Valores objeto ideal y marginalmente aceptable 36 Tabla 6. Especificaciones máquina Modelo FW5000 42 Tabla 7. Recopilación de las principales características de las máquinas fabricadas por la empresa Entec INC.

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Tabla 8. Combinación de conceptos 66 Tabla 9. Concepto A 68 Tabla 10. Concepto B 69 Tabla 11. Concepto C 71 Tabla 12. Matriz de selección de conceptos 72 Tabla 13. Conceptos seleccionados mediante la matriz de selección de conceptos

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Tabla 14. Escala de evaluación de conceptos 76 Tabla 15. Tabla de ponderaciones 77 Tabla 16. Matriz de evaluación de conceptos 78 Tabla 17. Concepto seleccionado 79 Tabla 18. Concepto seleccionado (Subconcepto 1) 81

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Tabla 19. Concepto seleccionado (Subconcepto 2) 82 Tabla 20. Concepto seleccionado. (Subconcepto 3) 83 Tabla 21. Especificaciones finales de la máquina 85 Tabla 22. Medidas del tornillo de potencia 99 Tabla 23. Coeficientes de rozamiento por deslizamiento para diferentes materiales

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Tabla 24. Características de motores de la empresa ANAHEIM AUTOMATION

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Tabla 25. Comportamiento de los tipos básicos de correas ante algunos criterios comparativos

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LISTA DE FIGURAS

Pág. Figura 1. Esquema del proceso Filament Winding 27 Figura 2. Esquema del sistema de control en lazo cerrado 28 Figura 3. Caja negra 38 Figura 4. Descomposición funcional 39 Figura 5. Modelo FW5000 41 Figura 6. Máquina PIPE/TANK WINDER 44 Figura 7. Modulo de control con LCD, “PatternMaster II” 45 Figura 8. Software PatternMaster 45 Figura 9. Conversión de energía en movimiento rotacional aplicada al molde

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Figura 10. Conversión de energía en movimiento traslacional aplicado a los hilos en el Model 20 Mechanical Filament Winder

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Figura 11. Almacenamiento de resina para aplicar a los hilos 48 Figura 12. Tipo de aplicación de resina por tina de impregnación utilizada por la empresa Entec Composite Machines Inc.

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Figura 13. Tipo de aplicación de resina por baño de rodillos utilizada por la empresa Entec Composite Machines Inc.

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Figura 14. Almacenamiento de hilos de la máquina de Entec Composite Machines Inc.

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Figura 15. Forma de proporcionar hilos 50 Figura 16. Elemento que proporciona acabado al fuselaje y aplicador de Gelcoat

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Figura 17. Tensionado de hilos 51 Figura 18. Tensionado de hilos 51 Figura 19. Máquina con palpador tipo rodillo y peine con anillo para guiar los hilos

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Figura 20. Guía de hilos de la Multi-Plex 1000 · Multi-Axis Filament Winding System

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Figura 21. Subfunción No.1. Conversión de energía en movimiento rotacional para ser aplicada al molde

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Figura 22. Subfunción No.2. Convertir energía en movimiento traslacional y aplicarlo a los hilos

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Figura 23. Subfunción No.4. Almacenar resina y aplicarla a los hilos 60 Figura 24. Subfunción No.5. Almacenar y proporcionar hilos 61 Figura 25. Subfunción No.6. Tensionar y guiar hilos 61 Figura 26. Subfunción No. 7. Proporcionar acabado al fuselaje 62 Figura 27. Combinación de conceptos 63 Figura 28. Boceto del Concepto A 68 Figura 29. Concepto A 69 Figura 30. Concepto B 70 Figura 31. Concepto B 70 Figura 32. Criterio de referencia. Modelo FW5000 72 Figura 33. Combinación concepto A y E 74 Figura 34. Combinación concepto B y F 75 Figura 35. Concepto seleccionado. (Vista lejana) 80 Figura 36. Concepto seleccionado. (Vista cercana) 80 Figura 37. Rieles y motor fijo 81

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Figura 38. Gaveta porta carretes , Plantilla para separar los hilos 82 Figura 39. Peine 83 Figura 40. Tanque para almacenamiento de resina y anillo en D 84 Figura 41. Diagrama esquemático del producto 86 Figura 42. Agrupación de elementos en componentes (Propuesta de arquitectura)

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Figura 43. Distribución geométrica 88 Figura 44. Sistema Mecánico 90 Figura 45. Carro 91 Figura 46. Vista en explosión del carro 91 Figura 47. Tanque de resina 92 Figura 48. Plano del tanque de resina 92 Figura 49. Guía - Carro 94 Figura 50. Base 94 Figura 51. Plano de la base 95 Figura 52. Riel 95 Figura 53. Plano del riel 96 Figura 54. Barra 96 Figura 55. Plano de la barra 97 Figura 56. Perfil de rosca Acme 97 Figura 57. Husillos de bolas Thomson 98 Figura 58. Forma reconstructiva 1 98 Figura 59. Tuerca FH, simple con brida para pasos largos 99

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Figura 60. Velocidad rotacional crítica 100 Figura 61. Tornillo con soporte doble y su factor de corrección para velocidad crítica.

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Figura 62. Tornillo sometido a carga de pandeo 101 Figura 63. Tornillo con soporte doble y su factor de corrección para carga de pandeo.

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Figura 64. Carga de pandeo para cada tipo de tornillo. 102 Figura 65. Subsistema. Tercer grado de libertad 109 Figura 66. Plano del subsistema – Tercer grado de libertad 109 Figura 67. Ranura en T sujeta al plato 110 Figura 68. Plano de la ranura en T sujeta al plato 111 Figura 69. T macho móvil 111 Figura 70. Plano del T macho móvil 111 Figura 71. Base – Tanque 112 Figura 72. Plano de la base - tanque 112 Figura 73. Bloque 113 Figura 74. Plano del bloque 114 Figura 75. Subsistema – Cuarto grado de libertad 115 Figura 76. Plano del subsistema – cuarto grado de libertad 115 Figura 77. Base motor 116 Figura 78. Plano de la base del motor 116 Figura 79. Estructura ballesta 1 117 Figura 80. Plano de la estructura ballesta 1 117 Figura 81. Estructura ballesta 2 118

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Figura 82. Plano de la estructura ballesta 2 118 Figura 83. Soporte del rodillo palpador 119 Figura 84. Vista en explosión del Soporte del rodillo palpador 119 Figura 85. Eje-palpador 120 Figura 86. Eje-palpador 120 Figura 87. Plano del eje-palpador 121 Figura 88. Lámina-soporte-palpador 121 Figura 89. Plano de la Lámina-soporte-palpador 122 Figura 90. Subsistema – quinto grado de libertad 123 Figura 91. Plano del Subsistema – quinto grado de libertad 123 Figura 92. Soporte – motor – anillo – peine 124 Figura 93. Plano de Soporte – motor – anillo – peine 124 Figura 94. Disco que soporta el peine y el anillo con eje 125 Figura 95. Disco 125 Figura 96. Plano del disco 126 Figura 97. Eje del disco 127 Figura 98. Plano del eje del disco 127 Figura 99. Peine del tanque 128 Figura 100. Plano del peine del tanque 129 Figura 101. Peine del quinto grado de libertad 129 Figura 102. Plano del peine del quinto grado de libertad 130 Figura 103. Anillo 131 Figura 104. Plano del anillo 131

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Figura 105. Soporte spray 132 Figura 106. Plano del soporte spray 133 Figura 107. Plantilla 134 Figura 108. Plano de la plantilla 134 Figura 109. Separador (pieza estándar) 135 Figura 110. Plano del separador (pieza estándar) 135 Figura 111. Soporte – Carro 136 Figura 112. Plano soporte - carro 136 Figura 113. Velocidad 138 Figura 114. Torque 138 Figura 115. Estructura soporte 146 Figura 116. Plano de la estructura soporte 147 Figura 117. Análisis de viga por flexión 147 Figura 118. Viga cuadrada 148 Figura 119. Mandril 149 Figura 120. Análisis del momento de torsión 150 Figura 121. Estructura de soporte derecho del mandril 151 Figura 122. Plano estructura de soporte derecho del mandril 151 Figura 123. Perfiles Angulares de lados iguales 152 Figura 124. Sistema de apoyo para el mandril 154 Figura 125. Plano del sistema de apoyo para el mandril 154 Figura 126. Diseño Conceptual del sistema electrónico y de Control 155 Figura 127. Diagrama del montaje electrónico 157

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Figura 128. Componentes rectangulares de la velocidad de los hilos 158

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LISTA DE ANEXOS

Pág. Anexo A. Encuesta 165 Anexo B. Perfiles angulares de lados iguales (perfiles l). une en 10056-99

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Anexo C. perfiles cuadrados / norma astm a 500 168 Anexo D. Tornillos 169 Anexo E. Propiedades mecánicas de algunos aceros al carbón 170 Anexo F. Pendientes y deflexiones de vigas simplemente apoyadas 171 Anexo G. Tabla para selección de tubos en acero estructural. 172

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RESUMEN

Este documento describe el proceso de diseño mecatrónico de una máquina que fabrica fuselajes en materiales compuestos aplicando el proceso “Filament Winding”. Dicho diseño se obtuvo como producto de la aplicación de una estructurada metodología de desarrollo de productos mecatrónicos. Se inició con el desarrollo conceptual, fase en la que se investigó el estado del arte, extrayendo las características relevantes de las actuales máquinas filament winding, con el fin de definir, basándose además en las necesidades de la empresa, las especificaciones a cumplir por la máquina. Posteriormente se prosiguió con el diseño de detalles, en el que se incluyen todas las consideraciones y cálculos hechos en el diseño de los mecanismos y estructuras constituyentes de la máquina, y un modelo 3D hecho con la herramienta de modelado Solid Edge. En cuanto al sistema electrónico y de control, se presenta el diseño conceptual de este subsistema y una explicación general y completa de los fundamentos de la estrategia de control a implementar. Como resultado del proceso de desarrollo de producto llevado a cabo, se obtiene el diseño de una máquina que permite revestir externamente el molde de un fuselaje giratorio soportado en sus dos extremos, mediante hilos de fibra impregnados de resina sintética con el fin de producir fuselajes de rápida producción y mayor resistencia que los actuales fuselajes en aluminio. Por otra parte, la máquina también puede ser utilizada en la construcción de alas, tanques cilíndricos y demás estructuras realizables mediante el proceso de manufactura para materiales compuestos llamado filament winding.

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INTRODUCCION Dentro del mundo de los procesos de manufactura se han hecho muy populares aquellos en los que se aprovechan las bondades mecánicas de los materiales compuestos. La palabra compuesto en el término material compuesto, significa que dos o más materiales son combinados en una escala macroscópica para formar un tercer material con mejores propiedades. Dichas mejoras en el campo de la industria aeronáutica son orientadas hacia la consecución de altas resistencias mecánicas y una mejor aerodinámica, un caso ilustrativo de tales ventajas es el último avión comercial de BOEING, el 787 Dreamliner, del cual 50% está compuesto por fibras compuestas (grafito con epóxicos), a diferencia del 9% que integra el 777 por lo que el 787 es más ligero y rígido que las aeronaves de fuselaje de aluminio. Frente a la gran aceptación y aplicabilidad de dichos materiales en la industria aeronáutica, la fuerza Aérea Colombiana y en su nombre el Centro de investigación en tecnología aeronáutica (CITA) ha decidido desarrollar una maquina que use estos materiales para fabricar fuselajes livianos, resistentes y aerodinámicos. Dada la naturaleza mecatrónica de equipos de este corte, se ha decidido vincular estudiantes de ingeniería mecatrónica que bajo la modalidad de pasantía proporcionen el diseño de esta máquina como opción de grado.

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1. JUSTIFICACIÓN

Las tendencias actuales en el mundo de la aeronáutica presentan una creciente disminución en el uso de aluminio como componente de alas y fuselajes, siendo responsable de este acontecimiento la necesidad de obtener estructuras más rígidas y livianas. Dicha necesidad es actualmente satisfecha gracias a la utilización de los potentes materiales compuestos. Frente a esta realidad, la Fuerza Aérea Colombiana y en su nombre el Centro de Investigación en Tecnología Aeronáutica en cabeza del Ingeniero Jaime Aguilar (CITA) a optado por introducirse en el mundo de la manufactura de aviones militares mediante un proyecto investigativo que establezca las bases de un futuro programa de de impulso a la tecnología aeronáutica Colombiana. Es tal el auge del uso de materiales compuestos en la construcción de aviones que en marzo de 2005, -tal como lo informó la revista “Popular Mechanics” en su edición de abril de 2006- Steve Fosset le dio la vuelta al mundo en solitario y sin escalas, en el avión “GlobalFlyer” diseñado por Burt Rutan. Este avión tiene alas construidas como una pieza simple, pero con materiales compuestos avanzados (Fibra de carbono y aramida). Otra referencia de la aceptación de esta tecnología la encontramos en la publicación de la revista “Popular Mechanics” de Mayo de 2006:“Los fuselajes de los aviones están comenzando a hacerse de grafito o fibra de carbono, material más ligero y resistente que el aluminio y no causa corrosión”, explica Randolph Harrison, gerente de comunicaciones y ventas internacionales de Boeing. De este material estará hecho el 787 Dreamliner, un avión futurista que remontará el vuelo en 2008. “Las alas de esta aeronave absorben las turbulencias y tienen la capacidad de doblarse”, explica Kevin J. Roundhill, director regional de marketing. Asimismo, gracias a que la mayor parte estará hecha de fibra de carbono, el 787 pesará 20% menos, ello le ayudará a ahorrar 4% de combustible y lo hará más resistente a los golpes. Por otra parte, en cuanto a los intereses de la universidad, el diseño de una máquina de este tipo, permitirá que los estudiantes de ingeniería Mecatrónica de la Universidad Autónoma de Occidente demuestren los grandes alcances y aplicabilidad de la Ingeniería Mecatrónica en el área de la aeronáutica.

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2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL Diseñar una máquina que permita revestir externamente el molde de un fuselaje del tipo estructural monocasco, girando en sus dos extremos, mediante hilos de fibra impregnados de resina sintética con el fin de producir fuselajes de rápida producción y mayor resistencia que los actuales hechos en aluminio. 2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS � Diseñar los subsistemas mecánicos que conformarán la máquina.

� Realizar el diseño conceptual de los sistemas de control y electrónicos necesarios para operar la máquina. � Identificar los procesos tecnológicos que involucra la construcción de las principales piezas de la maquina.

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3. MARCO TEORICO Muchos materiales han sido usados en aviación. En sus principios los aviones eran ensambles livianos de madera y tejidos, pero con el avance en los sistemas de propulsión (mejores motores) la estructura de dicho medio de transporte evolucionó hacia las estructuras de aluminio. En la actualidad la ciencia de los materiales ha presentado a la ingeniería en general las comprobadas ventajas que proporciona el hecho de combinar los materiales puros obteniendo en uno nuevo las características de dos ya existentes, ventajas que en la industria aeronáutica comienzan a ser extremadamente valoradas. Los materiales compuestos tienen cualidades mecánicas que los han convertido en constituyente de tanques y tuberías para productos químicos, carrocerías, ejes de transmisión, y demás accesorios para automóviles, de modo que necesitamos conocer los procesos de manufactura que actualmente trabajan con estos materiales, entre ellos están: • Rutas para resinas termoestables. o Impregnación de resinas líquidas. � Moldeo por enrollamiento de hilos (Filament Winding). � Pultrusión. � Moldeo por compresión. o Consolidación bajo presión de pre-pegs. o Consolidación de resinas en molde.

• Rutas para resinas termoplásticos o Moldeo por inyección o Moldeo por compresión en caliente

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La máquina tendrá como principio de funcionamiento el proceso de impregnación de resinas líquidas por bobinado (filament Winding). 3.1 MATERIALES COMPUESTOS Los materiales compuestos están formados por la combinación de dos o más materiales para obtener propiedades (físicas, químicas, etc.) tales que sean superiores a aquellas de sus constituyentes. Los principales componentes de los materiales compuestos (composites), son las fibras y el binder o matriz. Las fibras son, en general, ortotrópicas y proveen la mayoría de la rigidez y resistencia; la matriz mantiene unidas a las fibras permitiendo de este modo una transferencia de cargas entre el material y las cargas exteriores. El diseño de un componente estructural utilizando compuestos, involucra simultáneamente el diseño de la estructura y el material. A diferencia de los materiales convencionales como el acero, las propiedades del compuesto pueden ser diseñadas simultáneamente con los aspectos estructurales. Las propiedades del compuesto (rigidez, expansión térmica, etc.) pueden ser variadas de manera continua sobre un amplio rango de valores, bajo el control del diseñador. Una gama bastante amplia de aspectos relativos al comportamiento del material puede ser manipulada en el proyecto de un material compuesto, como por ejemplo:

• Resistencia estática y dinámica (fatiga). • Rigidez. • Resistencia a la corrosión • Resistencia a la abrasión. • Reducción de peso. • Capacidad de trabajo a altas y bajas temperaturas. • Aislamiento y conductividad térmica, eléctrica o acústica. • Dureza y durabilidad. • Apariencia estética. En un material compuesto se pueden observar dos partes constitutivas, las fibras y la matriz, que la unen, ejemplo de ello es la madera que es un material compuesto en el cual, fibras de celulosa se unen mediante una matriz de lignina.

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De las diferentes clasificaciones que podemos hacer de los materiales compuestos, quizás la más importante sea la que se refiere a su matriz, y en la cual podemos identificar tres grupos principales: • Materiales compuestos de matriz metálica. • Materiales compuestos de matriz cerámica. • Materiales compuestos de matriz polimérica. Siendo el último, el tipo de material en el que la máquina fabricará los fuselajes. Se tratará de polímeros reforzados con fibra de vidrio, fibra de carbono y kevlar. 3.1.1 La matriz. La función principal de la matriz es la de distribuir los esfuerzos entre las fibras a través de la intercara. Actúa como ligante manteniendo unidas las fibras por medio de fuerzas adhesivas y cohesivas. Además tiene otras funciones como: • Fijación de las fibras en el ordenamiento geométrico deseado. • Protección a las fibras de los esfuerzos de compresión. • Protección a las fibras de los medios externos (humedad, ataque químico). 3.1.2 Los polímeros. El origen etimológico de la palabra polímero, proviene del griego y significa “Muchos miembros o partes”. No obstante, químicamente se define como material constituido por grandes moléculas, las cuales se forman por la secuencia repetitiva de moléculas pequeñas o agrupaciones de átomos simples, enlazadas unas a otras por enlaces primarios (covalentes simples). • Clasificación de los polímeros . Según el criterio de comportamiento y procesabilidad frente al calor podemos clasificarlo en dos grandes grupos: Termoplásticos y termoestables. Los termoplásticos son polímeros que al calentarse a determinadas temperaturas se convierten en fluidos, permitiendo su moldeabilidad en la forma deseada que quedará reservada al enfriarse. Constituyen el grupo más importante y de mayor uso comercial.

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Los termoestables son polímeros que no pueden fluir por efecto de la temperatura para ser remoldados. Molecularmente hablando son polímeros entrecruzados. Tienden a ser resinas de mucha rigidez. Someterlos a temperatura elevada promueve la descomposición química del polímero (Carbonización). Los polímeros se obtienen hoy en día de los derivados del petróleo, carbón o gas natural. Para aumentar las características mecánicas de las resinas termoestables, se combinan con diferentes tipos de refuerzos, como las fibras de vidrio, de carbono y aramidas, obteniendo así laminados compuestos. 3.1.3 Las resinas. En la actualidad, los tipos de resina más comúnmente utilizados son: • Resinas Poliéster. Es la de uso común. Presentan una baja temperatura de transición vítrea, y su resistencia y rigidez no son elevadas. Como principal inconveniente podemos mencionar que tienden a contraerse durante el endurecimiento (hasta un 7% en volumen) pero aún así se encuentra entre los sistemas de matriz más económicos. • Resinas Epoxi. Posee las mejores características, entre las resinas termoestables, con una elevada resistencia mecánica y elasticidad. Tiene como desventaja su elevado peso y costo. El tercer tipo de resina termoestable que se tratará es aquel que en principio será utilizado en la construcción de los fuselajes, las resinas viniléster. • Resinas Vinilester. Además de estos conceptos del ámbito de los materiales, también será necesario manejar toda la teoría de Diseño de Máquinas .

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3.2 FILAMENT WINDING O BOBINADO DE FIBRA Filament winding es una técnica de fabricación desarrollada a finales de los 40 y comienzos de los 50 en la que unos carretes de hilos de fibra son enrollados sobre una herramienta rotatoria o mandril. La construcción del mandril es un paso clave en este proceso. La elección del material es crítica y por supuesto, el mandril debe ser removido de la estructura compuesta ya finalizada después del proceso. Cuando son manufacturadas por filament winding complejas formas cerradas, a veces es difícil remover el mandril. Deben ser diseñados mandriles que puedan ser desensamblados en secciones desde dentro de la pieza construida, o también pueden ser usados mandriles de yeso o PVA que pueden ser disueltos con un solvente después del proceso. Filament Winding que se muestra en la figura 1 se utiliza para la fabricación de partes con altas fracciones de su volumen en fibra y para asegurar la orientación controlada de dicha fibra. La fibra se sumerge en un baño de resina donde son cubiertas con reactivos de bajo o medio peso molecular. La fibra impregnada es enrollada alrededor de un mandril (base del molde) en un patrón controlado para formar la pieza. Después de enrollar, la resina entonces se cura, típicamente usando calor. La base del molde se puede quitar o se puede dejar como componente integral de la pieza.

Figura 1. Esquema del proceso Filament Winding.

Fuente: Operations. Filament Winding [en línea]. [E stados Unidos]: Polymer Processing, 2002. [consultado 28 de febrero de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.polymerprocessing.com/operations/filwind/index.html>

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3.3 TEORÍA DE CONTROLES Y ACTUADORES En cualquier tipo de producto mecatrónico un sistema de control busca que un actuador (motor, válvula, etc.) sigua un punto de referencia o set point dado por el usuario, haciendo de esta forma lo que él desea aunque se presenten eventos que afecten el seguimiento de dicha referencia como aumento en la carga para el caso de motores. Los sistemas de control antes mencionados se llaman de lazo cerrado (Fig. 2) dado que toman decisiones de acuerdo a la información que obtiene de la salida del proceso controlado. Figura 2. Esquema del sistema de control en lazo cerrado Donde: e: Error. SC: Señal de control. VC: Variable controlada. SR: Señal de realimentación. Cuando el control se hace sin realimentar la salida, hablamos de un control en lazo abierto, caso en el que el sistema se hace insensible a las variaciones en la salida de modo que no pude asegurar precisión, ni exactitud en lo que hace. En el diseño de máquinas se utilizan diferentes tipos de actuadores, que pueden ser hidráulicos, neumáticos o eléctricos. Entre los actuadores eléctricos tenemos los motores, que pueden ser AC, o DC, entre los AC tenemos los Sincrónicos y los Asíncronos, y en el grupo de los DC, tenemos los Paso a Paso, los Servos y motores DC propiamente dichos.

SC e

Set Point

Regulador Actuador

Salida

Planta VC

Transmisor

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4. DESARROLLO DEL PLANTEAMIENTO DE LA MISIÓN

4.1 DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO Maquina automática para la fabricación de fuselajes de aviones en materiales compuestos, mediante la aplicación de fibras como una herramienta programable, precisa, segura y eficiente, disponible para la industria aeronáutica nacional. 4.2 METAS COMERCIALES CLAVES • Generar una solución para las necesidades presentes en el Centro de investigación en tecnología aeronáutica (CITA) en cuanto a la manufactura de fuselajes. • Captar el 100% de las ventas para el mercado primario. 4.3 MERCADO PRIMARIO • CITA. 4.4 MERCADO SECUNDARIO • Industria de aviones militares. • Empresas Vallecaucanas dedicadas a la industria aeronáutica. • Empresas a nivel Internacional.

4.5 POSTULADOS Y RESTRICCIONES QUE VAN A GUIAR EL ESFUERZO DE DESARROLLO

• Los materiales que se utilizarán en la fabricación de los fuselajes, serán compuestos formados por hilos de fibras (Fibra de Carbono, fibra de vidrio y Kevlar) y resina tipo Vinilester. • El principio de funcionamiento será el proceso filament Winding.

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• En este proyecto solo se hará el diseño de la máquina. • Los soportes para la colocación del molde deberán tener una distancia de seis metros. • La capacidad de volteo de la pieza deberá ser de 1.60 metros.

4.6 PARTES IMPLICADAS • CITA. • Universidad Autónoma de Occidente. • Asesores y demás fuentes de apoyo. • Equipo de desarrollo.

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5. DESARROLLO CONCEPTUAL 5.1 IDENTIFICACIÓN DE NECESIDADES

5.1.1 Recopilación de Datos sin procesar de los Clientes • ¿De que depende el número de hilos que usará la máquina? La máquina se diseñará de manera que se puedan proporcionar el número de hilos que propone las especificaciones del fuselaje. • ¿En el caso de cubrir alas, los extremos son realizados por la máquina? El extremo del ala puede ser cubierto como si se tratara de un cilindro, aunque esta configuración resulta difícil, generalmente si se complica esta parte por ser delgada y puede dejarse hueca y para evitar este hueco se puede cubrir con otra pieza como es el winlet que se construye como otra pieza adicional y unida mediante tornillos. En el CITA se puede apreciar este sistema en el avión de fibra de color azul. En la parte que conecta al fuselaje debe ir hueca por cuanto a través de esta ranura van las vigas estructurales de agarre del ala al fuselaje. • ¿Qué materiales compuestos serán utilizados? Matriz: Resinas Vinilester, Epoxi y Poliéster, especialmente vinilester. Refuerzo: Fibra: Vidrio de Carbono, Kevlar, especialmente Vidrio. • ¿Cuál será el acabado que deba proporcionar la máquina a las piezas que construya? Con relación al acabado será mejor lograr la superficie más suave casi espejo, pero si al final de colocar los hilos con la resina el acabado deja ver los hilos, se podrá aplicar una capa de Gelcoat, que viene a ser como una película de resina y

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pintura autonivelante que cubre los poros e irregularidades y se aplica con pistola de aire. Otra fuente de datos acerca de las necesidades del cliente es la solicitud de desarrollo de proyectos con estudiantes que diligenció el CITA.

Información proporcionada por el CITA: • Los soportes para la colocación del molde deberán tener una distancia de seis metros. • La capacidad de volteo de la pieza deberá ser de 1.60 metros. • El distribuidor de hilos de fibras tendrá capacidad para orientar 20 hilos en ángulos hasta de ± 72º. • Se debe asegurar que la fibra se adhiera al molde tomando la forma de este. • Los sistemas de tensado de la fibra de los carretes al distribuidor deberán permitir una tensión acorde con las especificaciones físicas de los hilos. Una vez recopilados los datos en el Cita se resumieron en las cuatro características más importantes, que se pueden observar en la tabla 1. Tabla 1. Características requeridas por el CITA

Peso máximo del molde : 200kg Numero máximo de hilos: 20 hilos. Material de los hilos: fibra de vidrio, fibra de carbono, kevlar Resina: Tipo Viniléster.

El peso del molde fue definido teniendo en cuenta que este debe ser del tipo cuña; es un cascaron que se desbarata de afuera hacia adentro para poder sacar el cascaron del fuselaje. En principio aunque no conozco estas máquinas y por referencia de un ingeniero que vendió una de estas máquinas tome ese numero de hilos, pero valdría la pena investigar cual es el número más adecuado y la separación entre ellos de acuerdo al molde del fuselaje.

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• Interpretación de los datos sin procesar en términos de las necesidades del cliente: ver tabla 2.

Tabla 2. Necesidades del cliente

Cliente : CITA. Domicilio: ¿Le gustaría participar en el seguimiento? Si

Pregunta/ Enunciado

Enunciado del cliente Necesidad Interpretada

La máquina debe permitir revestir externamente el molde del fuselaje en movimiento rotatorio.

1. La máquina bobinará el molde del fuselaje en hilos de fibra.

En filament winding los hilos se bobinan totalmente unidos.

2. La máquina asegurará una unión permanente entre los hilos al bobinar.

Se debe asegurar que la fibra se adhiera al molde tomando la forma de este.

3. La máquina proporcionará una adhesión continua y firme entre los hilos de fibra y el molde.

Los sistemas de tensado de la fibra de los carretes al distribuidor deberán permitir una tensión acorde con las especificaciones físicas de los hilos.

4. La máquina asegurará la tensión apropiada para cada tipo de hilo de fibra.

El peso máximo del molde será de 200kg.

5. La máquina soportará el peso y dimensiones del molde a bobinar.

La fibra debe ser empapada de resina antes de ser enrollada.

6. La fibra será impregnada de resina en la cantidad apropiada.

Se necesita construir fuselajes con gran calidad en sus acabados exteriores.

7. La máquina generará superficies con el acabado deseado.

Usos típicos

El distribuidor de hilos de fibras tendrá capacidad para orientar 20 hilos en ángulos hasta de ± 72º.

8. La máquina proporcionará un intervalo de orientaciones de hasta ± 72º a los hilos de fibra.

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9. El material compuesto obtenido por la máquina contará con características preestablecidas por el usuario.

10. La máquina tendrá una interfaz hombre-máquina amigable.

11. La máquina será de fácil mantenimiento.

12. La máquina proporcionará una velocidad de adquisición de fibra constante.

Necesidades latentes detectadas.

13. La máquina es segura. 5.1.2 Establecimiento de la importancia relativa de las necesidades. Esta importancia relativa se estableció por medio de una encuesta que se realizo al CITA (Centro de investigación en Tecnología Aeronáutica). (Ver Anexo A). 5.2 ESPECIFICACIONES PRELIMINARES DEL DISPOSITIVO 5.2.1 Lista de medidas. La lista de medidas permite traducir las necesidades del cliente en variables medibles que las satisfagan. A su vez se les asigna una importancia para saber en cuales se debe concentrar más el diseñador, estas relaciones entre las necesidades y las medidas se pueden observar en la tabla 3. Tabla 3. Especificaciones objetivo o preliminares

Núm. Núm. De necesidad

Medida Imp. Unid.

1 1,5,7 Tipos de geometría a cubrir. 5 Lista 2 1,3,4,6,8,12 Velocidad de giro del molde. 5 rev/s 3 1,4,9 Tipos de hilos de fibra. 4 Lista 4 1,8,6,9 Número de hilos de fibra. 5 Hilos 5 1 Longitud de bobinado. 5 Pa 6 6 Tipos de Resina. 5 Lista 7 3,6,9 Separación entre hilos. 5 Lista. 8 4 Esfuerzo de tracción en los hilos de

fibra. 4 GPa

9 5,13 Esfuerzos admisibles para la estructura mecánica.

5 KN/ 2m

10 1,5 Capacidad de peso del eje. 5 Kg

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11 5,13 Diámetro Máximo de giro. 5 m 12 7 Sustancia cubre poros e

irregularidades. 4 lista

13 8 Velocidad de desplazamiento transversal de los hilos.

5 m/s

14 8 Ángulos de los hilos de fibra. 5 º 15 10 Número de interacciones hombre-

máquina. 4 Lista

16 10 La máquina tendrá una interfaz hombre-máquina amigable.

5 Subj.

17 11 Tiempo de desensamble/ensamble para mantenimiento.

4 horas

18 5,13 Torque máximo. 5 Nm 19 8 Resolución angular de bobinado. 5 º

5.2.2 Recopilación de información de Benchmarking. La máquina utilizada como referencia en esta fase, es el modelo FW5000 de la empresa Entec Composite Machines Inc. En la tabla 4 se puede observar las diferencias o similitudes de la maquina referencia, frente a las unidades de medida que se asignaron en las especificaciones preliminares mencionadas en la tabla 3. Tabla 4. Gráfica de benchmarking con base en las medidas

Nº Núm. De necesidad

Medida Imp Unid FW 5000

1 1,5,7 Tipos de geometría a cubrir. 5 Lista Cilindros

2 1,3,4,6,8,12

Velocidad de giro del molde. 5 rev/s -o-

3 1,4,9 Tipos de hilos de fibra. 4 Lista -o- 4 1,8,6,9 Número de hilos de fibra. 5 Hilos 120 5 2,9 Longitud máxima de bobinado. 5 m 12 6 2,9 Tipos de Resina. 5 Lista -o- 7 2 Separación entre hilos. 5 mm 0 8 3,6,9 Esfuerzo de tracción en los hilos

de fibra. 4 GPa -o-

9 4 Esfuerzos admisibles para la estructura mecánica.

5 KN/2m

-o-

10 1 Capacidad de peso del eje. 5 Kg 11791

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11 5,13 Diámetro Máximo de giro. 5 m 5 12 7,9 Sustancia cubre poros e

irregularidades. 4 lista -o-

13 7 Velocidad de desplazamiento transversal de los hilos.

5 mm/s 914 (36 in./sec.)

14 8 Ángulos de los hilos de fibra. 5 º 0 - ± 90

15 8 Número de interacciones hombre-máquina.

4 Dec. -o-

16 10 La máquina tendrá una interfaz hombre-máquina amigable.

5 Subj. -o-

17 10 Tiempo de desensamble/ensamble para mantenimiento.

4 horas -o-

18 5,13 Torque máximo. 5 Nm 12240 19 8 Resolución angular de bobinado. 5 º -o-

5.2.3 Establecimiento de valores objeto ideales y marginalmente aceptables. La asignación de valores ideales y marginales es muy importante porque proporciona algunas de las características principales de la máquina. Los valores asignados son los que se observan en la tabla 5. Tabla 5. Valores objeto ideal y marginalmente aceptable

Nº. Núm. De necesidad

Medida Imp Unid Valor Marginal

Valor Ideal

1 1,5,7 Tipos de geometría a cubrir.

5 Lista Fuselaje. Cualquiera.

2 1,3,4,6,8,12 Velocidad de giro del molde.

5 rev/s ND. ND

3 1,4,9 Tipos de hilos de fibra.

4 Lista

Kevlar, Fibra de carbono-

vidrio

Cualquiera.

4 1,8,6,9 Número de hilos de fibra.

5 Hilos 20 100

5 2,9 Longitud de bobinado.

5 m 6 >6

6 2,9 Tipos de Resina. 5 Lista Viniléster. Cualquiera.

7 2 Separación entre hilos.

5 mm Máx. 1 0

37

8 3,6,9 Esfuerzo de

tracción en los hilos de fibra.

4 GPa. <4.4 <4.4

9 4

Esfuerzos admisibles para la

estructura mecánica.

5 GPa. ND. ND.

10 1 Capacidad de peso del eje.

5 Kg. <=200 >200

11 5,13 Diámetro Máximo de giro.

5 m 3.2 5

12 7,9 Sustancia cubre

poros e irregularidades.

4 lista Gelcoat. Cualquiera.

13 7

Velocidad de desplazamiento

transversal de los hilos.

5 mm/s 0-500 0-914

14 8 Ángulos de los hilos de fibra.

5 º 0 - ± 72 0 – ± 90

15 8 Número de

interacciones hombre-máquina.

4 Lista 6 <6

16 10

La máquina tendrá una interfaz

hombre-máquina amigable.

5 Subj. >5 10

17 10

Tiempo de desensamble/ensa

mble para mantenimiento.

4 horas <5 <3

18 11 Velocidad de

adquisición de fibra

5 m/s x x

19 8 Resolución angular de bobinado.

5 º 7 1

Notas: • Las medidas subjetivas se miden en una escala 1-10. • ND, No disponible en la etapa actual del proceso de diseño. • x, La velocidad de adquisición de la fibra dependerá del tiempo de gelado de la resina.

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5.3 GENERACIÓN DE CONCEPTOS 5.3.1 Clarificación del Problema. Se busca desarrollar un sistema mecatrónico que mediante la aplicación de hilos de fibra impregnados de resina, construya fuselajes de gran calidad en sus acabados exteriores. Teniendo como visión un producto robusto, programable y de fácil uso que sea de utilidad a la industria aeronáutica nacional. 5.3.2 Caja negra. La caja negra proporciona un esquema que caracteriza la máquina en términos de sus entradas y salidas, es decir, esta caja negra muestra las entradas que necesita el sistema para que su producto final sea el correcto, pero no muestra una solución o un concepto que permita construir la máquina sin realizar selección o evaluación de estos. (Ver figura 3). Figura 3. Caja negra

Una vez se tiene claro cuales son las entradas y salidas del sistema se puede analizar todas las subfunciones que forman de la máquina realizando una descomposición funcional de ella. Se puede observar lo que hay dentro de la caja negra en la figura 4.

MÁQUINA

Energía (?)

Material (Molde, hilos de fibra, resina, Sustancia de acabado)

Señales (Número de Capas, Ángulos de Arroyado, Inicio)

Energía (Cinética)

Material (Fuselaje en material compuesto)

Señal (Alarmas, fin de proceso)

Salidas Entradas

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Figura 4. Descomposición funcional

Convenciones:

Flujo de energía. Flujo de material. Flujo de Señal.

Energía (?)

Material (Molde, hilos de fibra, resina, Sustancia de acabado)

Señales (tipo de fibra,

Angulo de arrollado)

Energía (Cinética, térmica)

Material (Fuselaje en material compuesto)

Señal (Alarmas, fin de proceso).

Aceptar y administrar la energía externa (Interfaz, y proceso).

Captar y procesar información del operario y el estado del proceso y de la máquina.

Convertir energía en movimiento rotacional y aplicarla al molde.

Convertir energía en movimiento traslacional y aplicarlo a los hilos.

Controlar orientación de arrollado de hilos.

Soportar todos los subsistemas e integrarlos en el proceso de fabricación

Proporcionar acabado al fuselaje

Almacenar resina y aplicarla a los hilos.

Tensionar y guiar los hilos.

Almacenar y proporcionar hilos.

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5.4 SUBFUNCIONES MÁS CRÍTICAS DE DISEÑO Subfunciones de enfoque: Las subfunciones en las que no enfocaremos inicialmente serán: • Convertir energía en movimiento rotacional y aplicarla al molde. • Convertir energía en movimiento traslacional y aplicarlo a los hilos. • Almacenar resina y aplicarla a los hilos. • Almacenar y proporcionar hilos. • Guiar y tensionar los hilos. • Proporcionar acabado al fuselaje.

La demás subfunciones serán tratadas una vez las de enfoque hallan sido solucionadas. Esta decisión se ve respaldada por el hecho de que para controlar un proceso (Subfunción de control) es necesario caracterizar primero dicho proceso. Los mismo pasa con las subfunciones de interfaz y de soporte estructural, estas se verán limitadas por los conceptos solución a las subfunciones de proceso (Conversión de energía, almacenado de resina y guiado de hilos). 5.5 BÚSQUEDA EXTERNA • Consulta a expertos: Ing. Marco Gonzáles. Empresa: Mágnum Venus Products Ing. Giovanni Díaz. Empresa: Máquinas Especiales.

• Patentes : Fueron objeto de análisis y discusión como fuente de ideas, las siguientes patentes: o Nº 2263324. Procedimiento para la fabricación de fuselajes de aeronaves y dispositivo para llevar a cabo dicho procedimiento (Patente española). Inventor: Manuel Torres Martínez.

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o Nº 7124797 B2. Filament Winding Apparatus and methods of winding filament. Inventor: Alan H. Anderson et al.

o Nº 2004/0119188. Impregnated fiber precursors and methods and systems for producing impregnated fibers and fabricating composite structures. Inventor: Kenneth A. Lowe.

o Nº 4220496. High strength composite of resin, helically wound fibers and chopped fibers and method of its formation. Inventor: Carley et al.

• Benchmarking competitivo: o Máquinas: � Empresa: Entec Composite Machines Inc. Esta empresa desarrolla máquinas para todos los tipos de manufactura de materiales compuestos. En la línea de filament winding, maneja cinco series: FW, PW, PS, 5K y custom machines. Dentro de la Serie FW, el modelo FW5000, que se puede observar en la figura 5, incluida en el Benchmarking para definición de especificaciones, cumple con características similares y superiores a la máquina a diseñar, en la tabla 6 se incluye las especificaciones anteriormente mencionadas y otras mas. Figura 5. Modelo FW5000

Fuente: Filament Winding. FW Series [en línea]. [Estados Unidos]: Entec Composite Machines Inc., 2006. [consultado 5 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.entec.com/FWtable.html>

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Tabla 6. Especificaciones máquina Modelo FW5000

Eje 1 Spindle Weight Capacity. 11791 Kg. Maximum Spindle Swing Diameter. 5000 mm Rated Spindle Torque 6120 Nm (54167

in./lbs.) Spindle Stall Torque 12240 Nm (108333

in./lbs.) Spindle Height Above Floor. 2555 mm (101 in.) Eje 2. Nominal Winding Length Capacity. 12000 mm (480 in.)

**Note: Varies depending on number of axes used, winding angle, and part configuration.

Usable Carriage Stroke 14275 mm (562 in.) Maximum Carriage Speed. 914 mm/sec. (36

in./sec.) Carriage Pull (Continuous Rating). 91 kg-f (200 lbf.) Carriage Stall Force. 723 kgf. (1593 lbf.) Carriage Drive System. Rack and Piñón. Carriage Drive Capacity. 353 kgf. (779 lbf.) Radial Delivery Position Adjustment. N/A Mandrel Length Capacity. 14326 mm (564 in.) Electrical. Electrical Power Requirement. 400 V, 3 Ph., 50 Hz.

(480 V, 3 Ph., 60 Hz.) Electrical Enclosures. NEMA 12 Drives y Motors. Permanent magnet

AC servo General: Wind Angle Capacity. 0 - 90 deg. Repeatable Winding Accuracy. .25mm (.010 in.)

(Standard deviation at 6 in. diameter, excluding tow and delivery error)

Machine Size (lg., wd., ht.) 18228 x 7881 x 5055 mm (718 x 310 x 199 in.)

Machine General Configuration. Single Spindle Horizontal.

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Standard Delivery System. Comb and 'D'-ring, 120-roving Maximum Capacity.

Machine Rating. Continuous-Duty Service

Machine Finish. Polyamide epoxy paint, Entec blue (RAL #5023) mainframe with moving parts yellow.

Special Features. Machine comes with swivel lift eyes for handling.

Fuente: Filament Winding. FW Series [en línea]. [Estados Unidos]: Entec Composite Machines Inc., 2006. [consultado 5 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.entec.com/FWtable.html> En la tabla 7 se expone una recopilación de los dispositivos que Entec utiliza para cada uno de los subsistemas de sus máquinas. Tabla 7. Recopilación de las principales características de la máquinas fabricadas por la empresa Entec INC.

Carriage Drive System:

Chain and Sprocket Rack and Pinion

Drives and Motors

Indramat "Ecodrive" Permanent magnet AC servo Brushless AC servo

Permanent magnet AC servo

Standard Delivery System:

Comb and ‘D’-ring, 12-roving Maximum Capacity

Includes ‘O’-ring and comb bar, 24-roving maximum capacity (for wet winding)

Comb and 'D'-ring, 24-roving Maximum Capacity

Comb and 'D'-ring, 120-roving Maximum Capacity

Machine Finish:

Polyamide Epoxy Paint, Gray-Blue Mainframe with Moving Parts Yellow

Polyamide epoxy paint, Entec blue (RAL #5023) mainframe with moving parts yellow.

En otra de sus máquinas, la Model 4K24-072-2, Entec utiliza el drive "Siemens Simodrive" para un Permanent Magnet AC Servo.

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� Empresa: Mc Clean Anderson. Modelo base: PIPE/TANK WINDER (Ver figura 6). Conclusiones del benchmarking con la empresa: � Sistema de control: MacClean Anderson PatternMaster II, el cual es un modulo de control autónomo con LCD como lo muestra la figura 7, cuyas características son las siguientes: � Simple de operar y programar. � Tiene capacidad para almacenar hasta 100 programas. � Tecnología digital para control de movimiento. � Cuenta con una batería recargable para memoria de programa. (Battery-Backed program memory). Figura 6. Máquina PIPE/TANK WINDER

Fuente: Filament Winders. Pipe/Tank Winder [en línea]. [Estados Unidos]: Mc Clean Anderson, 2007. [consultado 5 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.mccleananderson.com/Images/filament_winders/WPT.pdf>

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Figura 7. Modulo de control con LCD, “PatternMaster II”

Fuente: Filament Winders. Patternmaster II [en línea]. [Estados Unidos]: Mc Clean Anderson, 2007. [consultado 5 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.mccleananderson.com/controls/patternmasterII.htm> Además proporcionan un software orientado al diseño de la estructura a fabricar, este software se puede observar en la figura 8. Figura 8. Software PatternMaster.

Fuente: Filament Winders. Patternmaster II [en línea]. [Estados Unidos]: Mc Clean Anderson, 2007. [consultado 5 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.mccleananderson.com/controls/patternmaster.htm>

46

� La Pipe/Tank winder cuenta con tres ejes de giro con las siguientes características: Spindle - A Effective Speed Range: 0-6 rpm Maximum Diameter: 180" [4,572 mm] Spindle Capacity: 30,000 lb [13,608 kg] Rated Spindle Torque: 73,200 lbf-in [8,270 Nm] Accuracy (Angular Deviation): < 30 arcmin (0.497 deg.) Tooling: Universal Drive Flange Spindle - B Effective Speed Range: 0-12 rpm Maximum Diameter: 120" [3,048 mm] Spindle Capacity: 20,000 lb [9,072 kg] Rated Spindle Torque: 37,900 lbf-in [4,282 Nm] Accuracy (Angular Deviation): < 41 arcmin (0.69 deg.) Tooling: Universal Drive Flange Spindle - C Effective Speed Range: 0-120 rpm Maximum Diameter: 60" [1,524 mm] Spindle Capacity: 7,500 lb [3,401 kg] Rated Spindle Torque: 8,075 lbf-in [912 Nm] Accuracy (Angular Deviation): < 31 arcmin (0.51 deg.) Tooling: 16" [400 mm] 3-jaw chuck � Sistema de reparto de fibra: 60 hilos de fibra humedecidos en un baño de resina, a través de anillo en D (radio= 6.125mm) soportados por un tipo de peine de 60 ranuras. � Acabado: pintura de base epoxica. Color estándar, azul y amarillo para partes móviles. � Subsistemas:

� Convertir energía en movimiento rotacional y aplicarla al molde: Ver la figura 9.

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Figura 9. Conversión de energía en movimiento rotacional aplicada al molde

Fuente: Filament Winding. Tank mandrel [en línea]. [Estados Unidos]: Dura-Wound Inc., 2006. [consultado 6 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.durawound.com/pages/durawound/tankmandrel.htm>

� Convertir energía en movimiento traslacional y aplicarlo a los hilos: ver figura 10. Figura 10. Conversión de energía en movimiento traslacional aplicado a los hilos en el Model 20 Mechanical Filament Winder

Fuente: Filament Winding. Mechanical Filament Winder [en línea]. [Estados Unidos]: Dura-Wound Inc., 2006. [consultado 6 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.durawound.com/pages/durawound/m20.htm>

48

• Almacenar resina y aplicarla a los hilos: ver figura 11. Figura 11. Almacenamiento de resina para aplicar a los hilos

Fuente: Filament Winding. Fiberglass Saturation Baths [en línea]. [Estados Unidos]: Dura-Wound Inc., 2006. [consultado 6 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.durawound.com/pages/durawound/glassbath.htm>

Generalmente los sistemas de impregnación que usa la empresa Entec Composite Machines Inc. Entre otras, son de dos tipos: � Tina de impregnación. Generalmente usada para el bobinado de altos volúmenes de fibra de vidrio, esta tina se puede observar en la figura 12. Figura 12. Tipo de aplicación de resina por tina de impregnación utilizada por la empresa Entec Composite Machines Inc.

Fuente: Impregnation Systems. Dip style bath [en línea]. [Estados Unidos]: Entec Composite Machines Inc., 2006. [consultado 5 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.entec.com/impreg.shtml>

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� Baño de Rodillos. Provee mejor control de impregnación que el sistema anterior, este baño de rodillos se puede observar en la figura 13. Figura 13. Tipo de aplicación de resina por baño de rodillos utilizada por la empresa Entec Composite Machines Inc.

Fuente: Impregnation Systems. Roller style bath [en línea]. [Estados Unidos]: Entec Composite Machines Inc., 2006. Disponible en Internet: <http://www.entec.com/impreg.shtml> Hay muchas opciones y configuraciones disponibles para proporcionar baños de resina; algunas son:

� Calentadores. � Control de nivel de resina.

• Almacenar y proporcionar hilos: ver figura 14 y 15.

Figura 14. Almacenamiento de hilos de la máquina de Entec Composite Machines Inc.

Fuente: Filament winding Systems. Fiber Delivery Systems [en línea]. [Estados Unidos]: Entec Composite Machines Inc., 2006. [consultado 8 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.entec.com/fiber.shtml>

50

Figura 15. Forma de proporcionar hilos

Fuente: Filament Winding. Tensioners [en línea]. [Estados Unidos]: Dura-Wound Inc., 2006. [consultado 9 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.durawound.com/pages/durawound/tensioners.htm> • Proporcionar acabado al fuselaje. Ver figura 16. Figura 16. Elemento que proporciona acabado al fuselaje y aplicador de Gelcoat

. Fuente: Gelcoaters. IPG – 24/HV [en línea]. [Suecia]: Aplicator Systems ab., 2004. [consultado 9 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: http://www.aplicator.se/download/ipg24hv.pdf

51

• Guiar y tensionar los hilos: ver figuras 17 al 20. Figura 17. Tensionado de hilos

Fuente: Filament Winding. Carbon Fiber Saturation Baths [en línea]. [Estados Unidos]: Dura-Wound Inc., 2006. [consultado 9 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.durawound.com/pages/durawound/carbonbath.htm>

Figura 18. Tensionado de hilos

Fuente: Filament Winding. Fiberglass Saturation Baths [en línea]. [Estados Unidos]: Dura-Wound Inc., 2006. [consultado 9 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.durawound.com/pages/durawound/glassbath.htm>

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Figura 19. Máquina con palpador tipo rodillo y peine con anillo para guiar los hilos

Fuente: Filament Winders. Ultra Winder [en línea]. [Estados Unidos]: Magnum Venus Products Inc., 2006. [consultado 12 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: http://www.mvpind.com/images/ultra-winder-1400rev0104%20for%20 screen.pdf Figura 20. Guía de hilos de la Multi-Plex 1000 · Multi-Axis Filament Winding System

Fuente: Filament Winders. Ultra Winder [en línea]. [Estados Unidos]: Magnum Venus Products Inc., 2006. [consultado 12 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: http://www.mvpind.com/images/FourAxisWinderBrochure.pdf

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Se puede apreciar que esta máquina tipo filament winding de la empresa Mágnum Venus Inc, ofrece a la guía de los hilos una rotación en el eje transversal al movimiento del carro (ovalo rojo). 5.6 BÚSQUEDA INTERNA (BRAINSTORMING) Conceptos generados para las subfunciones de enfoque: • Convertir energía en movimiento rotacional y aplicarla al molde: o Actuadores: � Motor AC. � Motor DC. � Motor Paso a paso. � Motor hidráulico (motor de engranajes). � Motor Neumático. o Transmisión: � Piñones: � Transmisión por cadena de rodillos. � Transmisión por correa dentada. � Caja de reducción. � Acople eje – Carga mediante chavetas. � Polea - Correa. o Sujeción: � Copa de tres mordazas - centro punto. � Copa de cuatro mordazas - centro punto. � Bridas de sujeción-centro punto. � Copa o brida – rodamiento.

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• Convertir energía en movimiento traslacional y aplicarlo a los hilos:

o Carro con un motor en cuyo eje tenga un engranaje acoplado a una cremallera. o Motor fijo que haga girar un tornillo sin fin, sobre el cual se desplazaría el carro deslizándose al mismo tiempo sobre dos ejes lisos (rieles). o Dos cadenas acopladas lateralmente al carro. Cada uno de estos conceptos se puede aplicar, ya sea encima o al lado del molde. • Almacenar resina y aplicarla a los hilos: o Spray aplicando resina sobre el mandril. o Peine – Baño de resina – peine – Anillo en D o Peine – Aspersor de resina – Rodillos – Peine – Anillo en D. • Almacenar y proporcionar hilos: o Gaveta porta carretes fijo – Plantilla para separar los hilos – Impregnación. o Carretes de hilo sobre el carro – impregnación. • Tensionar y guiar los hilos: o Llevar los hilos del subsistema de impregnación directamente al mandril. o Tensores Electromecánicos con los que se controle la tensión de los hilos – rodillo palpador. o Tubos empalmados con resorte – Rodillo palpador. o Brazo con resorte – rodillo palpador. De la función guiar y tensionar los hilos surge una subfunción que consiste en generar un movimiento de rotación para los hilos respecto a un eje perpendicular al movimiento del carro. Este permite que los hilos se mantengan paralelos a la superficie del molde, asegurándose una separación constante entre los hilos. Para dicha subfunción los conceptos generados son los siguientes: � Motor Paso a Paso.

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� Servomotor. • Proporcionar acabado al fuselaje: o Módulo para acoplar el spray de gelcoat al carro. o Cilindro lleno de gelcoat que impregne dos rodillos y este a su vez impregne el fuselaje.

5.7 EXPLORACIÓN SISTEMATIZADA 5.7.1 Árbol de clasificación de conceptos. En esta etapa se divide el universo de soluciones para cada subfunción, haciendo posible dilucidar todos los enfoques proporcionados por los conceptos obtenidos y de esta manera analizarlos y evaluarlos. • Subfunción No.1. La primera subfunción que se requirió analizar es la conversión de energía en movimiento rotacional para ser aplicada al molde, las diferentes posibles soluciones se pueden observar en la figura 21 y se analizaron cada una de las ventajas y desventajas de dichos conceptos. Figura 21. Subfunción No.1. Conversión de energía en movimiento rotacional para ser aplicada al molde

Motor AC.

Piñón - Cadena de Rodillos.

Motor DC.

Motor P – P. Motor Hidráulico.

Motor Neumático. .

Piñón - Correa dentada.

Caja de reducción.

Acople eje – Carga mediante chavetas.

Polea – Correa.

Copa de tres mordazas - centro punto.

Copa de cuatro mordazas - centro punto.

Bridas de sujeción-centro punto.

Copa o brida - rodamiento

Convertir energía en movimiento

rotacional y aplicarla al molde

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Análisis de ventajas y desventajas de cada uno de los motores mencionados: o Motor AC: Los motores AC pueden ser trifásicos (Sincrónicos y Asincrónicos o de inducción) o monofásicos (Fase Partida, Con condensador y Polo de Sombra). � Ventajas: � Proporcionan torques más altos que los demás motores eléctricos. � El motor asíncrono Jaula de ardilla es pequeño, por tanto tiene baja inercia, siendo este el motivo de que sea el motor AC mas fácil de controlar, no tiene escobillas y por esto requiere de poco mantenimiento. � Sistemas de control: Las estrategias de control mas implementadas en motores AC son: � Control V/F (Variar frecuencia y voltaje de alimentación en la misma proporción).

� Desventajas: � Ineficiente para velocidades pequeñas. � Permite subir la frecuencia sobre la nominal pero baja el torque.

� Control Vectorial (Mucho mejor que el V/F en cuanto a capacidad de control):

� Desventajas:

� Implementación y manejo complejos.

57

o Motores DC: Los motores DC a su vez se clasifican según su forma de conexión como: Con Imán permanente, Independiente, Paralelo o shunt y Serie. � Ventajas: � Permiten un control de posición y velocidad sencillo por métodos electrónicos. � Accionar un motor DC es muy simple y solo es necesario aplicar la tensión de alimentación entre sus bornes. Para invertir el sentido de giro, basta con invertir la alimentación y el motor comenzará a girar en sentido opuesto. � Los motores paralelos proporcionan una velocidad constante, pero no son controlables. � Los motores independientes son fácil de controlar. � Los motores Serie tienen un alto par de arranque. � Desventajas: � A diferencia de los motores paso a paso y los servomecanismos, los motores DC no pueden ser posicionados y/o enclavados en una posición específica. Estos simplemente giran a determinada velocidad y en el sentido que la alimentación aplicada se los permite. � Todos excepto los serie tienen un bajo par de arranque. � Sistemas de control: Las estrategias de control de velocidad mas implementadas en motores DC son: � Control regulatorio: PID, Adelanto y atraso de fase etc. � Resistencia en serie con la armadura: No es eficiente ya que gran parte de la potencia se pierde en calor en la resistencia. � Con SCR (Rectificadores controlados de silicio): Generan un alto índice de armónicos introducidos a la red, los cuales producen recalentamiento en el motor y problemas de radiofrecuencia en equipos electrónicos cercanos. � PWM: La señal de continua se corta en tramos de igual frecuencia pero diferente ciclo de trabajo con lo cual también se puede disminuir el voltaje promedio de una manera eficiente y con un nivel de armónicos reducido.

58

o Motor Paso a Paso: � Ventajas: � A diferencia de los Motores-CC que giran a todo lo que dan cuando son conectados a la fuente de alimentación, los Motores-PaP solamente giran un ángulo determinado. � los motores de corriente continua no pueden quedar enclavados en una sola posición, mientras los motores paso a paso sí. � Requieren de un sistema de control relativamente simple. � Tienen un buen torque. � Desventajas: � Para obtener una rotación suave y continua el motor debe tener un ángulo de paso muy pequeño pero mientras más pequeño sea dicho ángulo más alto es el costo del motor. o Motores Hidráulicos: � Ventajas: � Mayor precisión que los neumáticos. � Buena relación peso potencia. � Velocidad de acción moderada. � Desarrollan torques altos, evitando uso de reductores. � Soportan sobrecargas elevadas sin daño directo. � Rápida respuesta. � Seguros en atmósferas inflamables. � Movimientos suaves. � Fáciles de controlar su posición. � Desventajas: � Altos costos. � Por las altas presiones pueden ocurrir escapes de aceite. � Requieren aceites filtrados de alta pureza para evitar atascamientos en las válvulas.

59

� No trabajan en ciclos de alta velocidad. � Necesitan de un excelente mantenimiento. o Motores Neumáticos:

� Ventajas: � Alta velocidad de acción. � Sistemas simples. � Soportan altas temperaturas (120°C). � Soportan sobrecargas sin ser dañados. � No necesitan líneas de retorno de aire. � Seguros en atmósferas inflamables. � No contaminan el espacio de trabajo con fluidos. � Modulares. � Económicos. � Ligeros y compactos. � Bajo costo de mantenimiento.

� Desventajas: � Baja precisión (compresibilidad del gas). � Dificultades en el control de la posición a causa de la alta velocidad, aceleración e inercias. � La compresibilidad del gas limita aspectos de control y la precisión. � Contaminación por ruido debido al escape de los gases. � Se utilizan más comúnmente para posicionamiento en extremos. � Posible necesidad de un filtrado del gas. � No es posible variar la velocidad sin que el torque se afecte. o Análisis de ramas menos prometedoras (Convertir energía en movimiento rotacional). Se optó por cortar la rama de motores P-P debido a que estos son comúnmente usados para posicionamiento, y además a la poca continuidad de su movimiento dada la importancia de esta característica en la generación del giro del fuselaje. Consideramos al Servomotor Hidráulico como una rama poco prometedora debido a su alto costo y a la complejidad de su control. El hecho de hacer un acople eje-carga equivale a montar el motor sobre una estructura que lo sitúe al nivel del mandril, lo cual aumenta las vibraciones en el sistema.

60

Al hablar de una caja de reducción nos estamos refiriendo a un sistema de transmisión piñón-piñón, lo cual es poco prometedor para el diseño frente al radio de volteo de la máquina y a la necesidad de mantener el motor lo más cerca de la base como una forma de limitar las vibraciones. Los métodos de sujeción no son un factor diferenciador entre conceptos solución, de modo que serán considerados poco prometedores en la etapa de generación y selección de conceptos, y su diseño será abordado una vez el concepto solución esté desarrollado. • Subfunción No.2. La segunda subfuncion es la conversión de energía en movimiento traslacional y aplicarlo a los hilos y los conceptos generados se pueden observar en la figura 22. Figura 22. Subfunción No.2. Convertir energía en movimiento traslacional y aplicarlo a los hilos

• Subfunción No.3. La tercera subfunción es la de almacenar resina y aplicarla a los hilos. Estos conceptos se pueden observar en la figura 23. Figura 23. Subfunción No.4. Almacenar resina y aplicarla a los hilos

Convertir energía en

movimiento traslacional y aplicarlo a los

Carro con un motor en cuyo eje tenga un engranaje acoplado a una cremallera.

Motor fijo que haga girar un tornillo sin fin, sobre el cual se desplazaría el carro deslizándose al mismo tiempo sobre dos ejes lisos (rieles).

Dos cadenas acopladas lateralmente al carro.


Spray aplicando resina sobre el mandril.

Peine – Baño de resina – peine – Anillo en D.

Peine – Aspersor de resina – Rodillos – Peine –

61

o Análisis de ramas menos prometedoras (Almacenar resina y aplicarla a los hilos). Se toma la decisión de cortar la rama “spray aplicando resina sobre el mandril”, debido a que no es conveniente usar este método por que las propiedades finales del material no serian las más optimas debido a que este método requiere que los hilos este impregnados mas no mojados, por otro lado seria difícil asegurar una impregnación uniforme. • Subfunción No.5. Otra subfunción crítica es el almacenar y proporcionar hilos. Observar figura 24 donde se puede ver los conceptos generados. Figura 24. Subfunción No.5. Almacenar y proporcionar hilos

• Subfunción No.6. La sexta subfunción es tensionar y guiar hilos y se pueden observar los conceptos en la figura 25. Figura 25. Subfunción No.6. Tensionar y guiar hilos

Almacenar y proporcionar hilos.

Gaveta porta carretes fijo – Plantilla para separar los hilos.

Carretes de hilo sobre el carro

Tensionar y guiar los hilos.

Llevar los hilos del subsistema de impregnación directamente al mandril.

Tensores Electromecánicos con los que se controle la tensión de los hilos – rodillo palpador.

Tubos empalmados con resorte – Rodillo palpador.

Brazo con resorte – rodillo palpador.

3er grado de libertad (Rotación de

Motor paso a paso.

Servomotor

62

o Análisis de ramas menos prometedoras (Guiar y tensionar los hilos). Llevar los hilos del subsistema de impregnación directamente al mandril solo es una opción prometedora cuando se trata de bobinar figuras cilíndricas, de modo que para el caso de fuselajes esta no es una solución • Subfunción No. 7. Como ultima subfunción se tiene el proporcionar acabado al fuselaje. Los conceptos se pueden observar en la figura 26. Figura 26. Subfunción No. 7. Proporcionar acabado al fuselaje

5.7.2 Combinación de conceptos. En la figura 27 se puede observar la combinación de conceptos que se realizo después de hacer los árboles de conceptos y descartar los que no eran óptimos para cada subfunción.

Proporcionar acabado al fuselaje.

Módulo para acoplar el spray de gelcoat al carro.

Cilindro lleno de gelcoat que impregne dos rodillos y este a su vez impregne el fuselaje.

63

Figura 27. Combinación de conceptos

64

5.8 SELECCIÓN DE CONCEPTOS En esta etapa del desarrollo del producto, contamos con una totalidad de (9x3x2x2x3x2) 648 conceptos solución, por lo cual se hará un proceso de tamizaje inicial basado en criterios absolutos de valoración como lo son la viabilidad, la disponibilidad de tecnología y un examen PASA/NO PASA. 5.8.1 Criterio de viabilidad. Como resultado de un análisis de las características de las transmisiones por cadena y por correa dentada, se opta por considerar inviables los conceptos que incluyen transmisión con polea-correa, el análisis fue el siguiente: • Análisis: o Correas Dentadas: (de tiempo y sincrónicas). � No se patinan: gracias al perfecto engranaje de los dientes de la correa con los de las poleas, las transmisiones de tiempo y sincrónicas no se patinan, lo cual es de particular importancia en equipos automatizados en donde de requiera gran sincronización.

� Amplio rango de velocidades: con las transmisiones de tiempo y sincrónicas se obtienen drásticas relaciones de aumento o reducción de velocidad con poleas y correas de menor tamaño que con transmisiones por correas en v. � No requieren lubricación: a diferencia de las transmisiones por cadenas o engranajes, las transmisiones de tiempo y sincrónicas no requieren lubricación debido a que no existe un contacto metal-metal. Los costos de mantenimiento se reducen al mínimo. La contaminación por salpicadura de aceite o grasa son eliminados también. Adicionalmente no hay aceite o grasa que atrapen el polvo y partículas abrasivas que aceleran el desgaste.

� Silenciosas: este tipo de transmisión genera muy poco ruido. o Transmisiones a Cadena. Comparada en cuanto al costo inicial con los engranajes de engrane directo, la transmisión por cadenas resulta menos costosa y mas sencilla.

65

La transmisión por cadena es positiva, es decir que no se desliza no importa cual sea la velocidad involucrada, como si pasa con la transmisión por correas en V y por correas planas, y dadas las características del proyecto, este es un riesgo que no se puede correr y el cual es muy probable que suceda dada la irregularidad del fuselaje.

Los tensores electromecánicos están pensados para un tensor por hilo, y aun cuando sean adaptados para hacer pasar varios hilos por uno de ellos, sería necesario utilizar varios, lo cual incrementa la complejidad del diseño y el costo del mismo, frente a la posibilidad de variar la tensión modificando la posición del palpador sobre el molde como lo hacen las otras dos opciones para tensionar y guiar los hilos. Dado lo anterior, todos los conceptos que incluyen tensores electromecánicos son excluidos. • Examen PASA/NO PASA. En el caso de seleccionar un motor neumático, la obtención de una velocidad constante requiere la adquisición de un dispositivo regulador, y esto junto con la necesidad de un compresor incrementa significativamente el costo del equipo. Una de las necesidades del cliente es la impregnación uniforme de resina a los hilos; y los conceptos que incluyen la aspersión como forma de hacerlo dejan la distribución de la resina sobre los hilos a un juego de rodillos que no garantiza totalmente dicha uniformidad. Frente a las necesidades de facilidad de mantenimiento y seguridad y al análisis anteriormente hecho a la transmisión por correa dentada, la transmisión por cadena de rodillos se ve en clara desventaja, por otro lado este tipo de transmisión requiere del montaje de un sistema de lubricación, lo cual incrementa los costos. Dado lo anterior, los conceptos que incluyen transmisión por cadena de rodillos son excluidos. Para modificar el ángulo de arrollado de la fibra, se controla la velocidad relativa entre el carro y el mandril, modificando la del carro y manteniendo constante la del fuselaje (mandril), de tal forma que ubicar los carretes sobre el carro aumenta la complejidad del control debido al incremento en su inercia, y además requiere de un motor con mayores prestaciones que para el caso de un gabinete fijo fuera del carro. Con base en lo anterior se excluyen los conceptos cuya subfunción Almacenar y proporcionar hilos de fibra utiliza carretes de hilo sobre el carro.

66

Continuando con el anterior argumento, los conceptos que utilizan cremallera-piñón requieren del motor sobre el carro, lo cual aumenta su tamaño y su peso. Debido a esto dichos conceptos son excluidos. Analizando el concepto de tensionar y guiar los hilos se observa que los conceptos relacionados con el Brazo con resorte – rodillo palpador, no garantiza una rigidez apropiada al estar en contacto con el mandril, debido a su naturaleza articular. Al analizar todo lo anterior se descartaron conceptos de los 648 generados en la combinación de conceptos, en la tabla 8 se muestran los conceptos que se aproximan a la solución del proyecto, aunque solo con la evaluación de estos conceptos se puede llegar al mas apropiado. Tabla 8. Combinación de conceptos


movimiento rotacional y aplicarla al

molde.



hilos.

Almacenar y proporcionar

hilos.

Almacenar resina y

aplicarla a los hilos.

Tensionar y guiar los

hilos.

Proporcionar acabado al

fuselaje.

A

Motor AC. + Piñón - Correa dentada.






B







67

C







D







E

Motor DC. + Piñón - Correa dentada






F







G

Motor DC. + Piñón - Correa dentada.






H







68

o Bocetos individual de los conceptos: � Concepto A. Ver tabla 9 y figura 28 y 29 Tabla 9. Concepto A



molde.


movimiento traslacional y aplicarlo a

los hilos.


hilos.


Tensionar y guiar

los hilos.


fuselaje.

A







Figura 28. Boceto del Concepto A

69

Figura 29. Concepto A

� Concepto B. Ver Tabla 10 y figura 30 y 31. Tabla 10. Concepto B



molde.



los hilos.


hilos.


Tensionar y guiar

los hilos.


fuselaje.

B







70

Figura 30. Concepto B

Figura 31. Concepto B

71

En este concepto, durante la etapa del acabado, se situaría el rodillo superior exactamente sobre el inferior, el gelcoat se le aplicaría al primero mediante una manguera mientras el otro reitera la distribución y recoge los excesos. � Concepto C. Ver tabla 11. Tabla 11. Concepto C



molde.



los hilos.


hilos.


Tensionar y guiar

los hilos.


fuselaje.

C

Motor AC. + Piñón - Correa dentada






Como se puede observar, los conceptos posteriores son combinaciones de los subconceptos ya expuestos, excepto la idea sobre el movimiento del carro por medio de una cadena.

5.8.2 Matriz de Selección de conceptos. Esta matriz permite seleccionar los conceptos según los resultados que se logren determinar con los resultados obtenidos con ella. Ver Tabla 12. • Criterios de Selección. Las necesidades básicas a considerar son las siguientes: o Adhesión continua y firme entre los hilos de fibra y el molde. o Tensión apropiada para cada tipo de hilo de fibra. o Generación de superficies con el acabado deseado. o Intervalo de orientaciones de hasta 72º a los hilos de fibra. o Fácil mantenimiento. o Seguridad. o Compatibilidad con la máquina “Máquina de control numérico de 5 grados de libertad” diseñada como proyecto de grado por el ahora ingeniero mecatrónico Bairon Javier Becerra.

72

El último criterio se toma debido a que fue manifestada como una necesidad por parte de la empresa, en orden también a satisfacer expectativas económicas. Criterio de referencia (analizado durante el Benchmarking competitivo): Ver figura 32. • Valores preliminares de evaluación + : Mejor que… 0 : Igual a… - : Peor que… Figura 32. Criterio de referencia. Modelo FW5000 Fuente: Filament Winding. FW Series [en línea]. [Estados Unidos]: Entec Composite Machines Inc., 2006. [consultado 5 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.entec.com/FWtable.html> Tabla 12. Matriz de selección de conceptos

VARIANTES DE CONCEPTOS CRITERIO DE SELECCIÓN A B C D E F G H REF Adhesión continua y firme entre los hilos de fibra y el molde.

+ + + + + + + +

Tensión apropiada para cada tipo de hilo de fibra. 0 0 0 0 0 0 0 0

Generación de superficies con el acabado deseado.

+ 0 + 0 + 0 + 0

73

Los Conceptos que continúan son sometidos a un análisis con base en el cual sea posible aplicarle mejoras, los conceptos seleccionados fueron A, B, E, F, G, los cuales se pueden observar en la tabla 13. Tabla 13. Conceptos seleccionados mediante la matriz de selección de conceptos

Intervalo de orientaciones de hasta 72º a los hilos de fibra. 0 0 - - + + - -

Fácil mantenimiento. 0 0 - - 0 0 - - Seguridad. 0 0 - - 0 0 - - Compatibilidad con la máquina “Máquina de control numérico de 5 grados de libertad”

0 0 - - + + 0 0

Positivos 2 1 2 1 4 3 2 1 Iguales 5 6 1 2 3 4 2 3 Negativos 0 0 4 4 0 0 3 3

Total 2 1 -2 -3 4 3 -1 -2 Orden 3 4 6 8 1 2 5 7

Continuar Si Si No No Si Si Si No



molde.



hilos.

Almacenar y proporciona

r hilos.

Almacenar resina y

aplicarla a los hilos.

Tensionar y guiar los

hilos.


fuselaje.

A







B







74

• Conceptos mejorados. A los conceptos que continuaron, es decir que después de realizar la matriz de selección, obtuvieron resultados que demostraron que eran los que más satisfacían las necesidades, se les realizaron mejoras para continuar con el proceso de selección. o Conceptos A y E. Este nuevo concepto es una combinación entre el concepto A y E. (Se diferencian en el tipo de motor utilizado para transmitir movimiento al mandril), ver la figura 33: Figura 33. Combinación concepto A y E

E







F







G

Motor DC. + Piñón - Correa dentada.






75

o Conceptos B y F (Se diferencian en el tipo de motor utilizado para transmitir movimiento al mandril), ver figura 34: Figura 34. Combinación concepto B y F

5.9 EVALUACIÓN DE CONCEPTOS Para la evolución de conceptos se realiza una matriz que sirve para elegir el concepto a desarrollar, es decir que el concepto que obtenga el mayor puntaje será el concepto que se desarrolla, debido a que este será el que cumple con las expectativas del proyecto. Ver tabla 16. • Ponderación de los criterios de selección por el método de pareo. La formula No. 1 es la que se utiliza para encontrar la cantidad de combinaciones que se tendrán en cuenta para realizar la evaluación de conceptos. Además se realiza una tabla de ponderaciones, donde los datos que dan como resultado son usados en la matriz para evaluar conceptos, Ver tabla 15.

#De combinaciones = N(N-1) 2

Donde, N: Número de criterios. N = 7 # De combinaciones = 21

(1)

76

#De combinaciones= 21

o Los criterios utilizados para realizar la tabla de ponderaciones y la tabla para evaluar conceptos son: � Criterio 1. Adhesión continua y firme entre los hilos de fibra y el molde. � Criterio 2. Tensión apropiada para cada tipo de hilo de fibra. � Criterio 3. Generación de superficies con el acabado deseado. � Criterio 4. Intervalo de orientaciones de hasta 72º a los hilos de fibra. � Criterio 5. Fácil mantenimiento. � Criterio 6. Seguridad. � Criterio 7. Compatibilidad con la máquina “Máquina de control numérico de 5 grados de libertad” • Escala para la calificación del concepto. Para realizar la evaluación de conceptos se deben asignar las calificaciones en una escala de 1 a 5 cuyo desempeño relativo se pueden observar en la tabla 14. Tabla 14. Escala de evaluación de conceptos

Desempeño relativo Calificación Mucho peor que la referencia 1 Peor que la referencia 2 Igual que la referencia 3 Mejor que la referencia 4 Mucho mejor que la referencia 5

77

Tabla 15. Tabla de ponderaciones

Criterios I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII XIII IVX XV XVI XVII XVIII XIX XX XXI Suma % Ponderación

1 1 1 1 1 0 1 5 23.81

2 0 1 0 1 1 1 4 19.05

3 0 0 0 1 1 1 3 14.29

4 0 1 1 1 1 1 5 23.81

5 0 0 0 0 0 1 1 4.76

6 1 0 0 0 1 1 3 14.29

7 0 0 0 0 0 0 0 0

Total 21 100%

78

Tabla 16. Matriz de evaluación de conceptos

Variantes de Conceptos A B E F G

Criterio de Selección

% Ponderación Nota

Criterio Ponderado Nota




Criterio Ponderado

Adhesión continua y firme entre los hilos de fibra y el molde.

23,81 5 1,1905 3 0,7143 5 1,1905 3 0,7143 5 1,1905

Tensión apropiada para cada tipo de hilo de fibra.

19,05 3 0,5715 3 0,5715 5 0,9525 4 0,762 4 0,762

Generación de superficies con el acabado deseado.

14,29 4 0,5716 3 0,4287 4 0,5716 3 0,4287 4 0,5716

Intervalo de orientaciones de hasta 72º a los hilos de fibra.

23,81 4 0,9524 4 0,9524 4 0,9524 4 0,9524 3 0,7143

Fácil mantenimiento. 4,76 4 0,1904 4 0,1904 4 0,1904 4 0,1904 2 0,0952

Seguridad. 14,29 3 0,4287 4 0,5716 3 0,4287 4 0,5716 3 0,4287 Total 3,9051 3,4289 4,2861 3,6194 3,7623

Orden 2 5 1 4 3

79

• Concepto a desarrollar. Después de realizar la matriz de evaluación de conceptos, teniendo en cuenta ciertos criterios de selección y unas ponderaciones se determino que el concepto a desarrollar en este proyecto, por ser el más óptimo es el (E), ver la tabla 17. Tabla 17. Concepto seleccionado



molde.



los hilos.


hilos.


Tensionar y guiar

los hilos.


fuselaje.

E







5.10 PRUEBA DE CONCEPTO El propósito de la prueba es buscar responder a las siguientes preguntas: • ¿Es el concepto desarrollado, acorde a lo que espera el cliente? • ¿Cómo puede ser mejorado el concepto para satisfacer las necesidades del cliente? Para responder a estas preguntas se realizó una encuesta la cual posee un formato del tipo “Interacción personal”, durante esta se le presentó al Ing. Jaime Aguilar el concepto a desarrollar, y se recopilaron todos aquellos aspectos en los que a su criterio debemos hacer énfasis, y aquellos que deben ser modificados.

80

• Comunicación del concepto. El concepto que se puso a prueba fue el que se observa en las figuras 35 y 36. Figura 35. Concepto seleccionado. (Vista Panorámica)

Figura 36. Concepto seleccionado. (Vista cercana)

81

• Subconceptos: o Subconcepto 1 . Motor fijo que haga girar un tornillo sin fin, sobre el cual se desplazaría el carro deslizándose al mismo tiempo sobre dos ejes lisos (rieles), ver la tabla 18 y figura 37. Tabla 18. Concepto seleccionado (Subconcepto 1)



molde.



los hilos.


hilos.


Tensionar y guiar

los hilos.


fuselaje.

E







Figura 37. Rieles y motor fijo

82

o Subconcepto 2. Gaveta porta carretes fijo – Plantilla para separar los hilos, ver tabla 19 y figura 38. Tabla 19. Concepto seleccionado (Subconcepto 2)



molde.



los hilos.


hilos.


Tensionar y guiar

los hilos.


fuselaje.

E







Figura 38. Gaveta porta carretes fijo

83

• Subconcepto 3. Peine – Baño de resina – peine – Anillo en D, ver tabla 20 y figura 39. Tabla 20. Concepto seleccionado. (Subconcepto 3)



molde.



los hilos.


hilos.


Tensionar y guiar

los hilos.


fuselaje.

E







Figura 39. Peine

84

Figura 40. Tanque para almacenamiento de resina y anillo en D

El motor proporciona al equipo un tercer grado de libertad con el que se inclinarían los hilos en el sentido transversal al eje del carro cunando es necesario. • Resultados de la entrevista: o Anotaciones hechas por el Ingeniero Jaime Aguilar: Durante la entrevista realizada al ingeniero Jaime Aguilar, se notó una completa satisfacción frente al concepto desarrollado, dándose lugar solo a las siguientes anotaciones: � Es necesario, dadas las potencialidades del producto, que se amplié el rango de las geometrías a cubrir con los siguientes ítems:

� Tanques Criogénicos. � Cohetes. � Alas.

85

� Se hará énfasis en la utilización de resina vinilester y fibra de vidrio como materiales base del proceso que desempeñará la máquina. Dadas las anteriores anotaciones y las hechas por los ingenieros Giovanni Díaz y Marcos González, la máquina fue modificada en orden a satisfacer en óptimas condiciones las exigencias del proceso que debe efectuar. La máquina con las modificaciones hechas se presenta en el diseño de detalles. 5.11 ESPECIFICACIONES FINALES

Después de revisar las especificaciones objetivo y realimentarlas con la generación, selección y prueba de concepto y la revisión de los equilibrios entre medidas, se llegó a la lista de especificaciones finales de la tabla 21:

Tabla 21. Especificaciones finales de la máquina

Nº Medida Unid Valor 1 Tipos de geometría a cubrir. Lista Lista 1 2 Velocidad de giro del molde. rev/s Variable 3 Tipos de hilos de fibra. Lista Lista 2 4 Número de hilos de fibra. Hilos Max 40 5 Longitud de bobinado. m Max 6 6 Tipos de Resina. Lista Lista 3 7 Separación entre hilos. mm 0 8 Esfuerzo de tracción en los hilos de fibra.

GPa. <4.4

9 Esfuerzos admisibles para la estructura mecánica. GPa. ND.

10 Capacidad de peso del eje. Kg. Max 300 11 Diámetro Máximo de giro. m 3.2 12 Sustancia cubre poros e irregularidades.

lista Gelcoat

13 Velocidad de desplazamiento transversal de los hilos. mm/s 0-670

14 Ángulos de los hilos de fibra. º 0 - ± 72 15 Número de interacciones hombre-máquina.

Dec Max 6

16 La máquina tendrá una interfaz hombre-máquina amigable. Subj. 8

17 Tiempo de desensamble/ensamble para mantenimiento. horas Max 5

18 Velocidad de adquisición de fibra m/s Variable 19 Resolución angular de bobinado. º 1

86

6. DISEÑO A NIVEL SISTEMA 6.1 ESTABLECIMIENTO DE LA ARQUITECTURA Esta etapa es iniciada con una representación de la máquina en función de todos los elementos tanto funcionales como físicos que la componen (Ver figura 41). Figura 41. Diagrama esquemático del producto

Controlador (PC, PLC o modulo autónomo)

Acondicionamiento de Señal

Motor Mandril Motor Carro Motor 3er grado

Solicitar fibra Generar Ángulos de devanado

Orientar Hilos

Fuselaje

Sensado y acondicionamiento de Señal.

Interfaz Hombre - Máquina

Almacén de hilos Tanque de resina con sistema de separación de hilos

Palpador

Suministrar corriente eléctrica

Soportar fuselaje y carro.

Convenciones: Flujo de energía Flujo de material Flujo de señal

87

Posteriormente se agrupan todos los elementos con el fin de obtener una división funcional general de la máquina junto con sus interacciones y así dirigir los esfuerzos del proceso de diseño detallado (Ver figura 42). Figura 42. Agrupación de elementos en componentes (Propuesta de arquitectura)

FUENTE ELÉCTRICA

Y NEUMÁTICA

ALMACEN

ESTRUCTURA DE

SOPORTE

SISTEMA DE BOBINADO

CARRO

MODULO DE CONTROL

Controlador (PC, PLC o modulo autónomo)

Acondicionamiento de Señal

Motor Mandril Motor Carro Motor 3er, 4º y 5º GDL

Solicitar fibra Generar Ángulos de devanado

Orientar Hilos

Fuselaje

Sensado y acondicionamiento de Señal.

Interfaz Hombre - Máquina

Almacén de hilos

Tanque de resina con sistema de separación de hilos

Palpado

Suministrar energía

Soportar fuselaje y carro.

88

Ya con la visualización funcional de la máquina se propone una disposición geométrica de sus componentes que represente una idea de el aspecto final de la máquina valorando la obtención de una arquitectura modular (Ver figura 43). Figura 43. Distribución geométrica

• Especificación Funcional: o Módulo de control: Comprende toda la estructura de procesamiento lógico de la máquina, encargada de tomar las ordenes del usuario (Angulo de bobinado, número de capas y mando de inicio) y transformarlas en señales que lleven la máquina a ejecutar las tareas necesarias para alcanzar los objetivos de construcción. Por otro lado obtiene, acondiciona y procesa las señales de realimentación que describen el progreso de dichas tareas.

Soporte del fuselaje

Fuselaje

Tanque de resina montado en carro

Rieles del carro Motor del

mandril

Almacenamiento de hilos

Modulo de control

Fuente eléctrica y neumática

Soporte de carro y modulo de control

Subfunciones

Sistema de bobinado.

Estructura de soporte.

Carro.

Modulo de control.

Almacén.

Fuente eléctrica y neumática.

89

o Carro: Subsistema encargado del almacenamiento de la resina, la impregnación de esta a los hilos, la sustentación del palpador que adhiere los hilos al molde, la generación de los ángulos de bobinado mediante la variación de su velocidad de desplazamiento, y la aplicación del gelcoat durante la etapa de acabado del fuselaje. o Sistema de Bobinado: Aplica giro al molde del fuselaje, haciendo de esta forma que adquiera la fibra a arrollarse sobre toda su superficie.

o Estructura de soporte: Brinda soporte a todos los demás subsistemas de la máquina.

o Fuente eléctrica y neumática: Suministra la energía eléctrica y neumática requerida por la máquina. • Secuencia de ensamble: a. Estructura de soporte. b. Carro. c. Sistema de bobinado. d. Módulo de control. e. Fuente eléctrica y Neumática.

90

7. DISEÑO DE DETALLES

Diseño detallado de la máquina, lo cual incluye diseño concurrente del sistema de control, los componentes mecánicos y electrónicos, la caracterización de los componentes a utilizar y el respectivo proceso tecnológico del que son producto. En la figura 44 se puede observar el sistema mecánico completo, sistema el cual logra cumplir con el objetivo general de este proyecto al unirlo con la parte electrónica y de control. Por otro lado, de la figura 44 a la 125 se muestran las principales piezas de la estructura mecánica en detalle con los respectivos planos de las vistas de cada una de estas. Figura 44. Sistema Mecánico

7.1 DISEÑO INDIVIDUAL DE LAS PIEZAS Para este diseño detallado se comenzó por el diseño de cada una de las piezas del carro y luego con las del mandril.

91

7.1.1 Carro. Impregna de resina y orienta los hilos con el ángulo de inclinación deseado y además soporta los sistemas de movimiento restantes. Ver figura 45 y 46. Figura 45. Carro

Figura 46. Vista en explosión del carro

92

• Análisis individual de las piezas carro. o Tanque – Resina. Este elemento almacena la resina que será impregnada a los hilos, ver figura 47 y 48. Figura 47. Tanque de resina

Figura 48. Plano del tanque de resina

93

� Características del tanque de resina y de la resina: � Capacidad: � Peso del tanque: 3,963 Kg � Resina Vinilester: � Peso específico aparente: Per= 1.3g/cmc � Pa = 3807,68cmc * 1.3 g/cmc = 4,949 Kg � Peso máximo de la resina: Pr = 5Kg. La cantidad de resina recomendable es alrededor de 2kg debido al tiempo de gelado de la misma. � Procesos de manufactura: � Corte. � Perforado. � Doblado. � Soldadura. Es de anotar que la cola de milano macho que se encuentra en la parte inferior del tanque se construirá por separado y se soldará al tanque.

(22,0 cm)*(21,8 cm)*(8,5 cm) – Volumen del rodillo que alberga el tanque = 4076,6 cmc – (21,4 cm x pi x (2 cm)^2) =

3807,68 cmc = 3,80768 litros = 1G Aprox.

94

o Guía – Carro. Ver figura 49. Figura 49. Guía - Carro

o Base. Ver figuras 50 Y 51. Figura 50. Base

95

Figura 51. Plano de la base

� Procesos de manufactura: � Perforado y roscado. � Ensamblado de las tres secciones que componen la base. � Características de la base: � Masa: 237,550 kg. o Riel. Ver figura 52 Y 53. Figura 52. Riel

96

Figura 53. Plano del riel

� Procesos de manufactura: � Fresado. � Perforado. � Ensamblado de las tres secciones que componen el riel. � Características del riel: � Masa: 58,931 kg. o Barra. Ver figuras 54 Y 55. Figura 54. Barra

97

Figura 55. Plano de la barra

� Procesos de manufactura: � Fresado. � Soldado. � Características de la barra: � Masa: 29,055 kg. o Tornillos de potencia. En los tornillos de potencia se usa el perfil de rosca Acme. El ángulo de la rosca es de 29° y sus dimens iones se pueden determinar fácilmente después que se conoce el paso (Ver figura 56). Se inicia calculando las variables de selección: Figura 56. Perfil de rosca Acme

0,335P

0,68

166

P

29°

P P/2 0,31P

98

Con el fin de seleccionar los tornillos, se preselecciona cada tornillo con base en las características dimensionales y funcionales de la máquina en la etapa actual de diseño. La empresa seleccionada como proveedor es TECNOPOWER que distribuye los husillos de bolas Thomson (Ver figura 57 y 58). Figura 57. Husillos de bolas Thomson

Fuente: Husillos de bolas. Husillos de bolas calidad P5/T5 (0,023/300mm) [en línea]. [España]: Tecnopower, 2007. [consultado 28 de mayo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.tecnopower.es> Figura 58. Forma reconstructiva 1

Fuente: Husillos de bolas. Husillos de bolas calidad P5/T5 (0,023/300mm) [en línea]. [España]: Tecnopower, 2007. [consultado 28 de mayo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.tecnopower.es>

99

o Tornillo-Carro. � Características de selección: � Husillo a bolas de posicionamiento. � Tolerancia tipo P5 de 23 µm (Desviación de desplazamiento permisible sobre 300 mm de desplazamiento en µm). � Diseño estándar DIN que la empresa tiene en stock � Diámetro nominal do [mm] = 32. � Altura de paso nominal Ph0 [mm] = 20. � Diámetro de la tuerca. D1=56mm � Tornillo de referencia: ver figura 59 Figura 59. Tuerca FH, simple con brida para pasos largos


� Tipo de rosca: D=32mm, P=32mm, mmbolas 556.5=φ � Medidas: ver tabla 22. Tabla 22. Medidas del tornillo de potencia.


100

� Cálculos: Límite de velocidad rotacional nl: ver figura 60 y 61

rpmn

mmdn

31251

][

1000001

0

=

=

Figura 60. Velocidad rotacional crítica

Fuente: Husillos de bolas. Cálculo [en línea]. [España]: Tecnopower, 2007. [consultado 28 de mayo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.tecnopower.es> Figura 61. Tornillo con soporte doble y su factor de corrección para velocidad crítica.

Fuente: Husillos de bolas. Cálculo [en línea]. [España]: Tecnopower, 2007. [consultado 28 de mayo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.tecnopower.es>

(2)

101

De acuerdo al tipo de soporte a utilizar y a que el máximo recorrido que hará el carro será de 6m:

Para una velocidad crítica: .100rpmncr = � Velocidad permisible:

rpmn

fnn

crp

crcrcrp

6.181

**8.0

=

=

� Carga de Pandeo (Fc): Figura 62. Tornillo sometido a carga de pandeo


Figura 63. Tornillo con soporte doble y su factor de corrección para carga de pandeo.


(3)

ml

f

mmd

cr

cr

6

27.2

.320

===

102

Figura 64. Carga de pandeo para cada tipo de tornillo.


Para lc=6m, do=32mm, y fc=4 tenemos: Fc=2.25 KN (Ver tabla Nº 64). � Carga de pandeo permisible( cpF ):

KN2.7F

fc Fc. . 0,8 F

cp

cp

=

=

� Características de la rosca: D1=56mm. N=3.6 Dado que el número de entradas (N) es de 3.6, tenemos un avance (L):

mmL

PNL

2.115

*

==

(4)

(5)

103

Se obtiene de esta forma una velocidad de desplazamiento del carro, de 115.2mm/rev. A la velocidad de rotación permisible que es de 181.6rev/min se obtiene un desplazamiento a 20920.32 mm/min, lo que equivale a una velocidad máxima de 348.672mm/s. Dado el dato de velocidad lineal obtenido, es necesario replantear los datos de paso y diámetro nominal para satisfacer la velocidad máxima necesaria de 670mm/s. Después de iterar el proceso anterior, se llegó a las siguientes especificaciones para el tornillo de potencia: � Velocidad Crítica:

ml

f

mmP

mmd

cr

cr

6

27.2

20

.630

==

==

Para una velocidad crítica de: .200rpmncr = Velocidad permisible: Para esto se utilizo la formula 3 y se obtuvo:

rpmn

fnn

crp

crcrcrp

2.363

**8.0

=

=

� Carga de Pandeo:

4

33

==

fc

KNFc

Carga de pandeo permisible )(Fcp : Para esto se utilizo la formula 4 y se obtuvo:

KN6.105F

fc Fc. . 0,8 F

cp

cp

=

=

104

� Características de la Tuerca: D1= 95mm. N= 5.6 Dado que el número de entradas (N) es de 5.6, tenemos un avance (L), Para esto se utilizo la formula 5 y se obtuvo::

mmL

PNL

112

*

==

Se obtiene de esta forma una velocidad de desplazamiento del carro, de 112mm/rev. A la velocidad de rotación permisible que es de 363.2 rev/min se obtiene un desplazamiento a 40678 mm/min, lo que equivale a una velocidad máxima de 678 mm/s, que supera la velocidad que debe proporcionar la máquina, debido a esto el tornillo seleccionado es el apropiado. Procedemos a verificar la carga de pandeo y a seleccionar el motor que accionará al tornillo. � Ángulo de hélice: do=63mm, P = 20mm, L=112mm.

53mmDm

P)*(0.5-d Dm

*/tan

0

==

= DmL πα

Sabiendo que mm5.26rm = y una vez calculado Dm, se puede calcular el angulo:

(6)

(7)

º927.33

)673.0arctan(

)5.166/112arctan(

)*/arctan(

====

ααα

πα DmL

105

� Ángulo de la fuerza sobre la rosca: Mitad del ángulo de la rosca: 5.14=θ

º112.12

)2146.0arctan(

)º927.33cos(*)º5.14tan(tan

costantan

==

==

n

n

n

n

θθ

θαθθ

� Torque requerido para mover la carga. W que es la carga paralela al eje del tornillo que actúa sobre la rosca, está dada por la fuerza de fricción que genera el carro al deslizarse por los rieles cilíndricos que lo soportan. Este es un caso de fricción por deslizamiento de acero sobre acero analizado en el caso crítico de que no halla lubricación ( 18.0=µ ). La masa del carro es de aproximadamente 46Kg lo que equivale a un peso de 450N, ver tabla 23. La carga de pandeo máxima que soporta el tornillo es de 105.6KN muy superior al valor al que estará sometido, de modo que en este sentido la elección es acertada. Tabla 23. Coeficientes de rozamiento por deslizamiento para diferentes materiales.

Fuente: El rozamiento por deslizamiento. Tablas de valores de los coeficientes [en línea]. [España]: Universidad del País Vasco, 2007. [consultado 4 de junio de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/rozamiento/general/rozamiento.htm>

(8)

106

� Cálculo del Torque:

+

−

+= cc

n

n

m rff

frWT *

cos/tan*1

cos/tan*

θα

θα

Como el tornillo está apoyado sobre rodamientos, es posible despreciar el rozamiento generado por estos ( cc rf * ). Si las superficies de los hilos de rosca son lisas y están bien lubricadas, el coeficiente de rozamiento puede ser tan bajo como f=0.10, pero con materiales de mano de obra de calidad promedio, se recomienda f=0.125. Si la ejecución es de calidad dudosa, se puede tomar f=0.15. (Ver Referencia: Monografía “Elementos Roscados”). Para este caso se tomará f=0.125.

−

+=

º112.12cos/º927.33tan*125.01

º112.12cos/125.0º927.33tan0265.0*81 mNT

T=7.602Nm

Simbología utilizada durante la selección de los tornillos: α : Angulo de la hélice (o de avance): Ángulo que forma una tangente a la

hélice de paso con un plano normal al eje del tornillo. L: Avance: Distancia axial que la tuerca avanza por una revolución del

tornillo (o sea distancia que avanza la rosca en una vuelta). L=N.P (N=númerode entradas).

Dm: Diámetro medio de la rosca: Dm = D-(0.5*P). r m : Radio medio de la rosca. do: Diámetro mayor básico : Diámetro del tornillo.

:nθ Ángulo entre la tangente al perfil del diente (sobre el lado cargado) y una línea radial, medido en un plano normal a la hélice de la rosca en un radio medio, en otras palabras es el ángulo que forma la fuerza sobre la rosca con la vertical.

:µ Coeficiente de fricción entre el carro y los rieles cilíndricos. f: Coeficiente de rozamiento entre las roscas del tornillo y la tuerca.

(9)

107

Características del motor encargado del segundo grado de libertad (movimiento del carro): Velocidad rotacional máxima: 363.2 rpm = 38.03rad/s

HPP

WPs

radNmP

4.0

1.289

03.38*602.7

==

=

Potencia: 0.4HP, Torque Continuo: 7.602Nm. Se sugiere la utilización del motorreductor modelo BLYSG343S-48V-3200-R5 de la empresa ANAHEIM AUTOMATION. Tabla 24. Características de motores de la empresa ANAHEIM AUTOMATION.

Fuente: BLYSG34 Series. Brushless DC spur gear motor [en línea]. [Estados Unidos]: Anaheim Automation, 2007. [consultado 5 de junio de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.anaheimautomation.com/blysg34_series_bru shless_dc_spur_gear_motor.htm> o Selección de la transmisión de potencia del carro (catálogo de INTERMEC LTDA) � Variables de diseño: � Motor eléctrico de: 0.4HP � RPM de la unidad motriz : 363.2 RPM � RPM del tornillo: 363.2 RPM � Distancia entre centros: 1383mm. � Tipo de equipo a impulsar: Máquinas herramientas.

108

� Calculo de potencia:

Potencia del diseño = 0.4HP * FS HP: caballos de fuerza. FS: Factor de servicio para máquinas herramientas (Tornos) Potencia = 0.4HP * 1.6 Potencia = 0.64 HP Potencia de diseño: 0.64HP. � Transmisión por correa dentada Sincrónica: � Paso de la correa: 8M (8 mm). � Referencias obtenidas (de tablas): Polea Motriz: 64-8M (Número de Dientes = 64). Polea Impulsada: 64-8M (Número de Dientes = 64). Longitud de correa estándar: 3280-8M Distancia entre centros: 1384mm Ancho de la Correa: 20mm. En Resumen: Polea Motriz: Ref: 64-8M-20. Polea Impulsada: Ref: 64-8M-20. Correa: Ref: 3280-8M-20. � Características de la correa: Longitud: 3280mm. Número de dientes: 410. Ancho: 20mm. Paso: 8mm. Diámetro exterior de las poleas en milímetros: 161.6mm

(10)

109

o Subsistema - Tercer grado de libertad. Este subsistema proporciona a los hilos un movimiento transversal al eje de movimiento del carro. Este movimiento es indispensable debido a la necesidad de mantener el peine del carro a una distancia constante del molde. El motor aquí seleccionado es un motor de pasos. Ver figura 65 y 66. Figura 65. Subsistema. Tercer grado de libertad

Figura 66. Plano del subsistema – Tercer grado de libertad

Plato

110

En este subsistema la estructura que soporta los peines se desplaza sobre la ranura en T fija; mediante el tornillo de potencia al que está ensamblada. Tendrá una carrera de 700mm siendo 26mm la mínima longitud de contacto entre las superficies de las ranuras, ello debido a que la carga máxima que estará en movimiento (165,5N) genera un esfuerzo cortante en la ranura en T, lo suficientemente pequeño para que no halla falla por cortante incluso para 1mm de contacto entre las superficies (Esfuerzo cortante admisible para el acero: 206.9MPa). � Procesos de manufactura:

� Soldadura � Fresado � Perforado y roscado � Corte � Características de subsistema – tercer grado de libertad. Material: Se construirá utilizando bloques y perfiles cuadrados de acero SAE 1010. Utilizando el procedimiento para calcular el tornillo de potencia del carro, se hallo el tornillo de potencia del subsistema tercer grado de libertad, cuyo resultado es el siguiente: Tornillo grado 3: do=16mm, P=5mm. Motor: 0.2HP. o Ranura en T sujeta al plato y T macho móvil. Ver figuras desde la 67 al 70. Figura 67. Ranura en T sujeta al plato

111

Figura 68. Plano de la ranura en T sujeta al plato

Figura 69. T macho móvil

Figura 70. Plano del T macho móvil

112

o Base – Tanque. Ver figuras 71 y 72. Figura 71. Base – Tanque

Figura 72. Plano de la base – tanque

113

� Procesos de manufactura: � Fresado. � Perforado y roscado (Para Selección de tornillos ver anexo D). � Características de la base – tanque: � Masa: 7.625 kg. o Bloque. Este bloque es la pieza que sirve de apoyo a la base del carro y se desliza sobre las guías, logrando así que el carrito haga un recorrido horizontal permitiendo que impregne de resina toda la pieza del avión deseada. Ver figuras 73 y 74. Figura 73. Bloque

114

Figura 74. Plano del bloque

� Procesos de manufactura: � Fresado. � Perforado. � Roscado (Para selección de tornillos ver anexo D). � Características del bloque:

� Masa: 1,381 kg. o Subsistema – cuarto grado de libertad. Proporciona a los hilos y al palpador (por medio de una correa dentada) un movimiento rotacional en torno a un eje perpendicular a la trayectoria del carro, su giro depende de la velocidad del carro y evita que los hilos se sobrepongan con los cambios de velocidad de este. Ver figura 75 y 76. El motor aquí seleccionado es un servo. El resorte que permite que el palpador este en contacto con el fuselaje es un resorte de extensión en acero galvanizado.

115

Figura 75. Subsistema – Cuarto grado de libertad

Figura 76. Plano del subsistema – cuarto grado de libertad

116

o Base Motor. Ver figura 77 y 78. Figura 77. Base motor

Figura 78. Plano de la base del motor

� Procesos de Manufactura: � Perforado. � Doblado.

117

� Características de la base del motor: � Masa: 0,087 kg � Material: Acero estructural.

o Estructura ballesta: Ver figuras 79 al 82. Figura 79. Estructura ballesta 1

Figura 80. Plano de la estructura ballesta 1

118

Figura 81. Estructura ballesta 2

Figura 82. Plano de la estructura ballesta 2

119

� Procesos de manufactura: � Corte. � Doblado. � Soldadura. � Perforado. � Características de la estructura ballesta: � Material: Acero estructural. o Soporte del Rodillo palpador: Ver figuras 83 y 84. Figura 83. Soporte del rodillo palpador

Figura 84. Vista en explosión del Soporte del rodillo palpador

� Procesos de manufactura: � Torneado.

120

� Fresado. � Perforado. � Redondeado. � Roscado (2 y 4).

� Características del Soporte del rodillo palpador � Masa:

� 1 = 0.017 Kg. � 2 = 0.025 Kg. � 3 = 0.002 Kg (resorte de compresión) � 4 = 0.005 Kg. � Masa total = 0.049 Kg. � Material: Las partes 1, 2 y 4 del soporte del rodillo palpador se

construirán en polietileno de baja densidad.

o Eje-Palpador. Ver las figura de la 85 al 87. Figura 85. Eje - palpador

Figura 86. Eje - palpador

121

Figura 87. Plano del eje-palpador

� Procesos de manufactura: � Fresado. � Roscado fino de 5mm desde el inicio del extremo ranurado. � Características del eje-palpador: � Material: acero inoxidable. o Lámina – soporte – palpador. Ver figura 88 y 89.

Figura 88. Lámina-soporte-palpador

122

Figura 89. Plano de la Lámina-soporte-palpador

� Procesos manufactura: � Redondeado. � Perforado y roscado (3 agujeros roscados, rosca M10).

� Características de la Lámina-soporte-palpador � Masa: 0.026 Kg. � Partes Estándar: � Resortes de compresión (acero galvanizado) del soporte del rodillo palpador (3). � Rodillo palpador (de espuma). o Subsistema – quinto grado de libertad. Este subsistema proporciona al anillo y al peine que están conectados a un motor por medio de una correa dentada un movimiento rotacional en torno a su vertical; este movimiento permite mantener los peines paralelos a la superficie del molde evitando al igual que el grado de libertad anterior, la sobreposición de los hilos durante el arroyado. Ver figura 90 y 91. El motor aquí seleccionado es un servo.

123

Figura 90. Subsistema – quinto grado de libertad

Figura 91. Plano del Subsistema – quinto grado de libertad

124

o Soporte – motor – anillo – peine. Proporcionará soporte al motor y al disco que le dará un movimiento rotacional al peine y al anillo para que estén perpendiculares a la trayectoria de la banda de hilos de fibra. Ver figura 92 y 93. Figura 92 . Soporte – motor – anillo – peine

Figura 93. Plano de Soporte – motor – anillo – peine

125

o Disco que soporta el peine y el anillo. Gracias al movimiento rotacional generado por el motor ubicado en el Soporte – motor – anillo – peine proporciona una inclinación a los hilos por medio del anillo y el peine. Ver figuras de la 94 al 96. Figura 94. Disco que soporta el peine y el anillo con eje

Figura 95. Disco

126

Figura 96. Plano del disco

� Procesos de manufactura: � Corte de lámina. � Perforado. � Roscado. � Características del disco: � Material: aluminio. � Masa total del disco: 0,056 kg. o Eje del disco. Va soldado al disco y acoplado al soporte – motor – anillo – peine. Ver figura 97 y 98.

127

Figura 97. Eje del disco

Figura 98. Plano del eje del disco

128

� Procesos de manufactura:

� Cilindrado. � Características del eje del disco: � Construcción en aluminio. � Masa total del eje: 0,011 kg. o Peines. Se encarga de separar los hilos que vienen del carrete y los impregnados desde el tanque evitando que se enreden y además proporcionando tensión a los mismos. Ver figuras de la 99 y 102. Figura 99. Peine del tanque

129

Figura 100. Plano del peine del tanque

Construcción en aluminio. Los dos peines con los que cuenta la máquina se unirán, uno al tanque y el otro al disco que le imprime movimiento rotacional, por medio de una rosca que será aislada del resto de la estructura mecánica mediante un recubrimiento de teflón para evitar la carga estática generada por el rozamiento entre los hilos y el anillo.

Figura 101. Peine del quinto grado de libertad

130

Figura 102. Plano del peine del quinto grado de libertad

� Procesos de manufactura:

� Horquilla: � Fabricación de un molde. � Fundición. � Mecanizado y Pulido. � Roscado. � Peine: � Se adquiere de un proveedor. � Características de los peines: � Masa total del peine tanque: 0,032 kg. � Masa total del peine del quinto grado de libertad: 0,031 kg. � Material: Aluminio y recubrimientos en teflón.

131

o Anillo. Se encarga de unir los hilos que vienen del peine para así formar la banda que será arrollada sobre el molde. Se aislará del resto de la estructura de la misma forma que se hizo con los peines. Ver figuras 103 y 104. Figura 103. Anillo

Figura 104. Plano del anillo

Anillo.

132

� Procesos de manufactura: � Horquilla: � Fabricación de un molde. � Fundición � Mecanizado y Pulido. � Roscado. � Anillo: � Doblado. � Perforado y roscado. � Características del anillo: � Masa total del anillo: 0,028 kg � Material: Aluminio. o Soporte spray. Permite sujetar la pistola de gelcoat (sustancia que proporciona el acabado) por medio de unas correas que la mantendrán accionada. Una vez se inicie la etapa de acabado el usuario acciona la válvula que provee de aire a la pistola iniciándose así la expulsión del gelcoat antes mencionado. Ver figura 105 y 106. Figura 105. Soporte spray

133

Figura 106. Plano del soporte spray

� Procesos de manufactura: � Doblado � Troquelado � Corte � Características del soporte spray: � Masa: 0,762Kg. o Plantilla. Ver figuras 107 y 108.

134

Figura 107. Plantilla

Figura 108. Plano de la plantilla

135

� Procesos de manufactura: � Corte. � Perforado. � Características de la plantilla: � Masa: 0,119 kg. Será construido en empac ya que así se evitará la carga estática que genere el rozamiento entre los hilos de fibra y la plantilla. o Separador (Pieza estándar). Ver figuras 109 y 110. Figura 109. Separador (pieza estándar) Figura 110. Plano del separador (pieza estándar)

136

� Características del separador (pieza estándar) � Masa: 0,007 kg. o Soporte – carro. Proporciona soporte al subsistema carro, sus patas alargadas contrarresta el momento ejercido por el tercer grado de libertad proporcionando de esta manera, estabilidad al subsistema ya mencionado. Ver figura 111 y 112. Figura 111. Soporte – Carro

Figura 112. Plano soporte – carro

137

� Procesos de manufactura: � Corte. � Soldadura. � Características del soporte – carro: � Esta estructura será construida en perfiles cuadrados Norma ASTM A 500, Acero SAE 1010 de 50 mm de lado y 3mm de espesor. 7.1.2 Sistema – mandril. Este sistema se divide en dos partes fundamentales, por un lado, la estructura que aloja el motor y la copa de tres mordazas encargada de transmitir el movimiento al molde y por el otro la encargada de soportar el extremo de la cola del fuselaje. En cuanto a la primera parte procedemos a seleccionar el motor a utilizar. • Selección del motor – Mandril. Con base en consultas hechas a los ingenieros Marcos Gonzales de la empresa “Venus Pruducts INC” y Giovanni Díaz de “Máquinas especiales” y dadas las características del proceso Filament Winding, fue adoptada como velocidad máxima de giro del mandril 300 RPM.

Nm = 300 rpm

Dado que se eligió una transmisión de potencia del motor al mandril mediante correa dentada, se hace necesario tener en cuenta un factor de reducción de velocidad que no será mayor a 0.5. Debido a lo anterior la máxima velocidad del motor (Nmax) será de:

Nmax = 600 rpm.

En las figuras 113 y 114 se muestran las características que representan el comportamiento básico de un motor, y las cuales serán variables de decisión para su selección:

138

Figura 113. Velocidad Tiempo ta Figura 114. Torque Ta Tc Tiempo Donde: Tc: Torque constante o nominal. Ta: Torque de aceleración o Peak torque. ta: Tiempo de aceleración. Como mas adelante se explicará, los cambios en la velocidad del mandril deben asociarse con los cambios en la velocidad del carro con el fin de mantener la velocidad de adquisición de fibra constante, de modo que mientras el mandril alcanza la velocidad necesaria, el carro compensa dicha variación. En ese sentido cabe esperar que los cambios en la velocidad del mandril no sean muy bruscos, de modo que un tiempo de aceleración de ta=5s sería razonable.

ta = 5s.

139

De la siguiente tabla (tabla 125) podemos obtener el valor de la eficiencia de las transmisiones por correa dentada, además de otras características que respaldan su uso

e = 0.98 Tabla 25. Comportamiento de los tipos básicos de correas ante algunos criterios comparativos.

Fuente: Transmisión por correas. Clasificación de las transmisiones por correas [en línea]. [Colombia]: El Prisma “Biblioteca Virtual”, 2007. [consultado 6 de junio de 2007]. Disponible en Internet:http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_mecanica/transmisioncorrea/ o Inercia equivalente:

� Inercia del Molde: Dado que el diámetro máximo de fuselaje a trabajar será 1.7m, consideramos su aporte de inercia para un caso crítico, como el de un tubo de diámetro externo de 1.7m y un diámetro interno de 0.0635m (2.5 in). (Peso del molde de 1962 N* Factor de seguridad)

5.1*1962NW =

2

22

2

22

.526.108

])03175.0()85.0.[(

sec81.92

2943

).(2

mKgJ

mmmN

J

rrg

WJ

molde

molde

iemolde

=

+×

=

+= (11)

140

� Inercia del tubo-eje del fuselaje: Se trata de un tubo de acero galvanizado de 2.5 in de diámetro externo, cuyo peso es de aproximadamente 271.773N. Para el calculo de esta inercia se usa la formula 11.

� Inercia de la copa universal: Tiene un peso aproximado 126.2N y un diámetro de aproximadamente 0.203m y se considera como un cilindro macizo.

Como se puede observar las inercias de todos los elementos giratorios es despreciable respecto a la del molde.

Inercia que debe vencer el motor: 2.618.108 mKgJm = Con base en la inercia anteriormente calculada, hallamos el torque máximo o pico que el motor debe aportar. Dada la anterior consideración sobre reducción de velocidad, tenemos que la máxima velocidad a la que giraría el motor es de 600 rpm.

2

22

2

22

.025413.0

])02875.0()03175.0.[(

sec81.92

773.271

).(2

mKgJ

mmm

NJ

rrg

WJ

tubo

tubo

ietubo

=

+×

=

+=

2

2

2

2

.067.0

)102.0.(

sec81.92

2.126

.2

mKgJ

mmN

J

rg

WJ

copa

copa

copa

=

×=

=

2

2

.618.108

).()067.0025413.0526.108(

mKgJ

mKgJ

jjjj

eequivalent

eequivalent

capatubomoldeeequivalent

=

++=

= ++

(12)

(13)

141

sradw

w

srpmw

fw

m

m

m

m

832.62

)60

600(2

)60

'(2

2

=

=

=

=

π

π

π

Cálculo del torque pico o de aceleración (Tp):

mNT

ss

radmKgT

t

wJT

JT

p

p

a

mmp

mp

.94.1364

5

832.62.618.108

*

2

=

∗=

∗=

= α

Potencia máxima del motor:

HPP

WPs

radNmP

wTP

115

74.85761

832.62*94.1364

.

==

=

=

o Motor Seleccionado: Potencia: 115 HP. Torque Pico: 1364.94 Nm. Velocidad Máxima: 600 RPM. Es de aclarar que la selección del motor es susceptible a modificaciones, siempre y cuando se haga un cálculo de inercias más cercano de los modelos a bobinar, y lo cual no se encuentra dentro del alcance de este proyecto. Aún así, se presenta un abanico de opciones compuesto por los motores que pueden servir como solución alternativa.

(14)

(15)

(16)

(17)

142

Se propondrán motores con potencias y torques a partir de valores 50% inferiores a los presentados en el diseño, esto con el fin de contrarrestar los efectos de la alta inercia en dicho diseño. Por tanto los motores que a continuación se listan tienen una potencia y un torque pico mayor a 57.5 HP 682.47 N.m respectivamente. � Motores Trifásicos de SIEMENS: Motores trifásicos de 2 polos – 60Hz -220v/440: � Código: 26692. Tipo: 1LG4 283-2AB60. Potencia: 150 HP. Torque de arranque: 722.5 Nm. Corriente: 169.7 A (a 440v). � Código: 26693. Tipo: 1LG4 310-2AB60. Potencia: 185 HP. Torque de arranque: 704.5 Nm. Corriente: 212.3 A (a 440v). Motores trifásicos de 4 polos – 60Hz – 220v-440v: � Código: 26697. Tipo: 1LG4 253-4AA60. Potencia: 100. Torque de arranque: 887.5 Nm. Corriente: 120A (a 440v). � Código: 26698. Tipo: 1LG4 280-4AA60. Potencia: 125HP. Torque de arranque: 1205 Nm. Corriente: 145A (a 440v). Motores trifásicos de 6 polos – 60Hz – 220v/440v: � Código: 59231.

143

Tipo: 1LG4 253-6AA60-Z. Potencia: 60HP. Torque de arranque: 972 Nm. Corriente: 75A (a 440v). � Código: 26704. Tipo: 1LG4 253-6AA60. Potencia: 70HP. Torque de arranque: 974.7 Nm. Corriente: 85.5A (a 440v). � Código: 96803. Tipo: 1LG4 280-6AA60-Z. Potencia: 75HP. Torque de arranque: 1032 Nm. Corriente: 90A (a 440v). � Código: 26705. Tipo: 1LG4 280-6AA60. Potencia: 80HP. Torque de arranque: 1046.4 Nm. Corriente: 97.8A (a 440v). � Código: 26706. Tipo: 1LG4 283-6AA60. Potencia: 100HP. Torque de arranque: 1332.5 Nm. Corriente: 121.7A (a 440v). � Código: 26707. Tipo: 1LG4 310-6AA60-Z. Potencia: 135HP. Torque de arranque: 812.5 Nm. Corriente: 163.7A (a 440v). Una opción para la variación de la velocidad del motor serían los Convertidores Micromaster 430 de SIEMENS.

144

• Diseño del eje de transmisión de potencia del Mandril.

El eje transmitirá un torque máximo de mNTp .94.1364= .

Acero en el que será hecho el eje: SAE 1040, Esfuerzo de fluencia: 413.8 Mpa. Los valores de esfuerzo cortante se consideran, de forma general, como un 50% del esfuerzo de fluencia para materiales dúctiles. Dado lo anterior, el esfuerzo cortante permisible del acero es Mpaperm 9.206=τ .

Utilizamos la fórmula de torsión:

perm

T

c

J

τ=

Donde:

J = Momento polar de inercia de la sección transversal del eje. c = Radio del eje. T = Par de torción.

permτ = Esfuerzo cortante permisible.

Para un eje sólido:

4

2cJ

π=

De modo que el radio del eje estaría dado por:

32

perm

Tpc

πτ=

c = 0.0161m

mmD potenciantransmisióeje 27.32=−−

(18)

(19)

(20)

145

• Selección de la transmisión de potencia del mandril (Catálogo de INTERMEC LTDA):

o Variables de diseño: � Motor eléctrico de: 115HP. � RPM de la unidad motriz : 600 RPM � Velocidad del Mandril: 300 RPM � Distancia entre centros: 1.7m ≈ 66.93” ≈ 67” � Tipo de equipo a impulsar: Máquinas herramientas. Potencia del diseño = 115HP * Factor de servicio para máquinas herramientas (Tornos) = 115HP * 1.6 = 184 HP o Transmisión por correa dentada de tiempo: No existe para estas condiciones de carga. o Transmisión por correa dentada Sincrónica : � Variables de diseño: � Motor eléctrico de: 115HP. � RPM de la unidad motriz : 600 RPM � Velocidad del Mandril: 300 RPM � Distancia entre centros: 1.4m -1.6m ≈63” � Tipo de equipo a impulsar: Máquinas herramientas. � Relación de velocidad: 2. Potencia del diseño = 184 HP Paso de la correa: 20M (20 mm). Referencias obtenidas (de tablas): Polea Motriz: 40-20M (Número de Dientes = 40). Polea Impulsada: 80-20M (Número de Dientes = 80). Longitud de correa estándar: 4600-20M Distancia entre centros: 1695.2mm (66.74”)

146

Ancho de la Correa: 131mm (máximo 170mm). En Resumen: Polea Motriz: Ref: 40-20M-131(o 170) Polea Impulsada: Ref: 80-20M-131 (o 170) Correa: Ref: 4600-20M-131 (o 170) Características de la correa: (4600-20M-170) Longitud: 4600mm. Número de dientes: 230. Ancho: 170mm. Paso: 20mm. Diámetro exterior de las poleas en milímetros: Polea Motriz (40 dientes): 250.35 mm. Polea Impulsada (80 dientes): 504.99 mm. • Estructura de soporte. Utilizando el teorema del Castigliano y un análisis de flexión en vigas se decide que la estructura de soporte del mandril tendrá una base cuadrada de 0.853 m para el caso crítico de soportar 2943 N (Peso total del molde con un factor de seguridad de 1.5) y para una deflexión máxima de 1mm en su centro, de modo que el eje medirá 853mm, y su diámetro será, ver figuras 115 y 116:

"54.254.64 ≈= mmd

Figura 115. Estructura soporte

147

Figura 116. Plano de la estructura soporte

Este diámetro (d) se elige bajo el criterio de que este transmitirá al molde a bobinar, un torque equivalente al doble del valor para el que el de transmisión (diseñado abajo) fue diseñado, debido esto a la relación de velocidad (2:1). De modo que un diámetro de eje de mandril de 64.54mm frente a 32.27 del de transmisión es una buena elección. o Cálculo de las Vigas por flexión: ver figura 117 y Anexo F.

Carga: 200Kg*1.5*9.81 2sm

Figura 117. Análisis de viga por flexión

EI

PLV

48

3

max

−=

2943N

Vmax

(21)

148

mL

N

mmxGPaL

P

EIVL

853.0

2943

)001.0)(1094.1)(196(48

48

3

47

max3

=

=

=

−

o Análisis por pandeo de las columnas cuadradas que componen las estructuras

Perfiles cuadrados Norma ASTM A 500, Acero SAE 1010. Ver figura 118 y Anexo C. Figura 118. Viga cuadrada

Fuente: Perfiles cuadrados / NORMA ASTM A 500. Especificaciones Técnicas [en línea]. [Santiago de Chile]: Empresa VH Limitada, 2007. [consultado 7 de junio de 2007]. Disponible en Internet: http://www.vh.cl/doc/Especificaciones%20Tecnicas%20Perfil%20Cerrado%20Cuadrado.pdf a = 50 mm. e = 3mm. I = 474 1094.14.19 mxcm −= Peso = 4.25 Kg/m. E = 207 GPa (Ver Anexo E).

Calculamos la carga crítica por medio de la formula de Euler:

149

2

2

)(KL

EIPcr

π=

Donde: E: Modulo elástico del acero. I: Inercia de la sección transversal.

K: factor de longitud efectiva para una viga doblemente empotrada (K=0.5).

NPcr 98.548574=

Como se puede observar, la carga crítica sobrepasa ampliamente las cargas máximas a las que estarán sometidas estas columnas. Por tanto los perfiles seleccionados son los apropiados. • Diseño del Mandril. El tubo de acero galvanizado de 2.5” utilizado actualmente como eje del molde (mandril) del avión X01 FAC no es apropiado para ser usado como elemento estructural, de modo que aquí se presenta una propuesta eficiente en función de las cargas a las que dicho eje se encuentra expuesto (ver figura 119). Figura 119. Mandril

El primer criterio será el momento de torsión al que se verá sometido el eje para la situación de arranque del motor, es decir para un torque aplicado igual al torque de aceleración, ver figura 120:

(22)

150

Figura 120. Análisis del momento de torsión Criterios de diseño: Módulo de rigidez del Acero: G = 81 GPa (Ver Anexo E).

Deformación angular permisible: φ = 2º = rad90π

Potencia: WP 74.85761= Velocidad máxima: 300RPM = 31.416 rad/s Longitud del eje: l = 6.5m

NmTpw

PTp

92.2753=

=

Fórmula de deformación angular:

4610331.6

*

mxJ

G

TplJ

Jl

GTp

−=

=

=

φ

φ

Donde J es el momento polar de inercia de la sección transversal del eje, y está dada para un tubo como:

644

6

44

44

1003.4

1003.42

22

)(

−

−

=−

=

=−

−=

xrR

xJ

JrR

rRJ

π

π

π

Seleccionamos un tubo PIPE (Acero estructural) que cumpla con las anteriores relaciones de radio:

Tp

Tp

(24)

(23)

(25)

151

mKg

mme

mmR

xrR

25.7

14.7

3.48

101029.4 644

=

==

=− −

ρ

Tubo propuesto como mandril: Tubo de 1 1/2”.Ref: 160 (Ver Anexo G). • Estructura que soporta el extremo derecho del mandril. Ver figura 121 y 122. Figura 121. Estructura de soporte derecho del mandril

Figura 122. Plano estructura de soporte derecho del mandril

152

o Análisis por pandeo: Perfiles angulares de lados iguales UNE EN10056-99 laminados en caliente. Ver figura 123 y anexo B. Figura 123. Perfiles Angulares de lados iguales.

Fuente: Perfiles Comerciales. Angulares de lados iguales (Perfiles L) [en línea]. [España]: Grupo Velasco, 2007. [consultado 7 de junio de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.grupovelasco.com/wgvelasco/L1/Prontuario/Comercial/Comercial35.shtml> l =25mm. t =3mm. I = 494 1003.8803.0 mxcm −= E=207GPa. (Ver Anexo E). Calculamos la carga crítica por medio de la formula de Euler:

2

2

)(KL

EIPcr

π=

Donde: E: Modulo elástico del acero. I: Inercia de la sección transversal. K: factor de longitud efectiva para una viga doblemente empotrada (K=0.5). L: Longitud máxima de la viga (1.7m).

NPcr 48.22706=

Como se puede observar, la carga crítica sobrepasa ampliamente la carga máxima a la que estarán sometidas estas columnas (735.75 N). Por tanto los

(26)

153

perfiles seleccionados son los apropiados. Igualmente se hizo un análisis de flexión y por teorema del Castigliano que validó una longitud de 656 mm para los lados de la base de esta estructura (ver figura 121 y 122). o Análisis por flexión: Se analiza una de las vigas de la estructura para el caso en el que soporte 100Kg correspondientes a la mitad de la masa del molde. La deflexión máxima en una viga cargada en la mitad, está dada por:

EI

PLV

48

3

max

−=

Donde: P: Carga. E: Módulo elástico del material del que está hecho el perfil. I: Inercia de la sección transversal del perfil.

)1003.8)(207(48

)81.9*100(003.0

49

32

mxGPa

LKgm s

m

−

−=

Para una deflexión máxima de 3mm cada viga deberá medir L=656mm. o Calculo de Tornillos del soporte derecho del Madrid. El proceso seguido para calcular el tornillo de potencia del carro fue aplicado con el fin de seleccionar los demás tornillos o husillos (Todos de tolerancia P5 de paso normal), llegando a los siguientes: � Tornillo de alineado: do=12mm, P=4mm. Ver figura 124 Este tornillo permite centrar el mandril, una vez este ha sido colocado. � Tornillo doble: do=12mm, P=4mm. Ver figura 124 Este tornillo tendrá dos roscas una izquierda y otra derecha con el fin de abrir (giro de manivela hacia la derecha) y cerrar (giro de manivela hacia la

(27)

154

izquierda) los rodamientos que soportan el mandril de acuerdo al diámetro que este tenga. Figura 124. Sistema de apoyo para el mandril.

Figura 125. Plano del sistema de apoyo para el mandril.

7.2 DISEÑO DEL SISTEMA ELECTRONICO Y DE CONTROL El sistema electrónico y de control será el encargado de llevar a cabo las siguientes funciones, ver figura 126: • Aceptar y administrar la energía externa (Interfaz, y proceso). • Captar y procesar información del operario y el estado del proceso y de la máquina. • Controlar orientación de arroyado de hilos.

2

1

155

Figura 126. Diseño Conceptual del sistema electrónico y de Control

7.2.1 Aceptar y administrar la energía externa (Interfaz, y proceso). Esta función es llevada a cabo por la Fuente de alimentación, esta se alimenta directamente de la red a 110V y suministra una tensión de +5V. Consta de un transformador, un puente rectificador, un regulador de tensión (MC7805 de 5V) y los correspondientes condensadores de filtrado. 7.2.2 Captar y procesar información del operario y el estado del proceso y de la máquina - Controlar orientación de arrollado de hilos. Esta función es llevada a cabo por el subsistema llamado en la fase de definición de

SISTEMA ELECTRÓNICO Y DE CONTROL.

Señal de Cambio de diámetro

Velocidad del Motor – Carro.

Velocidad del Motor – Mandril.

Datos del Fuselaje (Número de Capas, Ángulo

Señal de fin de recorrido.

Aviso de final de arrollado para corte de hilos (Unos segundos antes de terminar).

Inicio Etapa de acabado.

Fin etapa de acabado.

Señal de giro del motor del anillo.

Motor - Mandril

Motor – Carro.

Spray - Acabado.

156

arquitectura como “Módulo de Control”. Dicho subsistema está conformado por los siguientes elementos: • Controlador (PC, PLC o modulo autónomo). Fue seleccionado un PC. Que estrictamente hablando lo que hace es alojar el controlador (Ver figura 127). • Interfaz Hombre – Máquina. Se hará por medio de una interfaz gráfica preferiblemente hecha en el lenguaje de programación JAVA. • Acondicionamiento de Señal (Salida). Se hace por medio de unos Conversores Digital – Análogo (DAC). • Sensado y acondicionamiento de Señal (Realimentación). Se realiza por medio del conversor Análogo – Digital del Microcontrolador PIC 16F877. Un Microcontrolador PIC 16F877 será utilizado para gestionar la comunicación y servir de puente entre el PC y la máquina, esto mediante comunicación serie por puerto RS232. Un sensor de ultrasónico se encargará de captar los cambios de diámetro en el molde, los finales de carrera en el carro indican el final de cada capa de de fibra. Unos finales de carrera indicarán los extremos del recorrido tanto del 3er GDL como de todo el carro.

157

Figura 127. Diagrama del montaje electrónico

7.2.3 Principios de la Estrategia de Control. La variable a controlar en la máquina será el ángulo de arroyado de los hilos de fibra, dicho ángulo describe la dirección de la solicitud de hilos y por tanto la velocidad de la misma. En este sentido sería ideal medir la velocidad de adquisición de los hilos de fibra, algo que resulta complejo si se piensa en una solución directa, pero que de manera indirecta se presenta de una forma práctica y útil. Tal forma es el hecho de no contar con la velocidad de adquisición de los hilos pero si con sus componentes rectangulares, ver figura 128

PIC 16F877

Fuente de alimentación

Drive del Motor Paso a Paso (3er

GDL)

Drive del Motor - Mandril

MAX 232

PC

Servos, 4º y 5º GDL

Encoder- Mandril

Encoder- Carro.

Sensor Ultrasónico

110v 5v

Finales de carrera (2)- Carro

Drive del Motor - Carro

DAC

Finales de carrera (2)– 3er GDL

158

Figura 128. Componentes rectangulares de la velocidad de los hilos.

Donde: Vh: Velocidad de adquisición de los hilos de fibra. Vt: Velocidad tangencial medida sobre la superficie del molde. Vc: Velocidad del Carro.

:α Ángulo de arroyado. :φ Ángulo de la velocidad de los hilos.

Como se puede observar la velocidad del carro y la velocidad tangencial del molde son las componentes rectangulares de la velocidad de adquisición de los hilos. Dichas componentes son medibles y manipulables en torno a obtener el ángulo de arroyado deseado.

Vc

VtTan =

−=

φ

φα 90

Donde:

illoAvanceTornMotorCarroeleRotaciónDVelocidadDVc

ldeRadiodelMoelMandrileRotacióndVelocidadDVt

*;

.*

==

Se concluye que manipulando la velocidad de rotación del motor-mandril y la del motor-carro, se modifica y mantiene en el valor deseado, el ángulo de arroyado.

Vh

Vt

Vc

α

φ

(28)

(29)

159

Los siguientes tres grados de libertad se encargan de mantener la banda de hilos perpendicular a la superficie del molde y a una distancia constante, esto con base en el cambio de diámetro medido por un sensor ultrasónico. Con base en el análisis hecho, se observa que la construcción del controlador que se elija, ya sea un Sistema de inferencia difuso o un PID digital, se fundamentará en los criterios anteriormente expuestos.

160

8. CONCLUSIONES

El uso de materiales compuestos está ocupando un lugar importante en la fabricación de estructuras vehiculares garantizando así un producto rígido y liviano.

Las máquinas filament winding disponibles en el mercado están diseñadas para bobinar formas cilíndricas, haciendo que la aquí diseñada se torne innovadora al permitir el bobinado de formas irregulares como lo son los fuselajes.

La impregnación de la resina es un proceso definitivo para garantizar la calidad de una estructura hecha de material compuesto. Una impropia impregnación de los hilos puede inducir un debilitamiento en la unión de las capas internas, pobre transferencia de fuerzas a las fibras y fallas prematuras de la estructura. La selección del motor del mandril es susceptible a modificaciones, siempre y cuando se haga un cálculo de inercias más cercano de los modelos a bobinar. Con base en un benchmarking competitivo se definió una velocidad de desplazamiento del carro (2° GDL) de 0 a 670 mm/s. Con el tornillo de potencia seleccionado, cuyo avance es de 112mm, se obtiene una velocidad de desplazamiento del carro, de 112mm/rev. A la velocidad de rotación permisible para el tornillo que es de 363.2 rev/min se alcanza un desplazamiento a 40678 mm/min, lo que equivale a una velocidad máxima de 678 mm/s, alcanzando de esta forma el desempeño deseado.

La adición del tercer grado de libertad permite a la máquina bobinar todo tipo de molde dada la posibilidad que ofrece de mantener el peine a una distancia definida respecto al fuselaje.

El cuarto y quinto grado de libertad permite al anillo mantener la dirección de los hilos con el fin de que estos no se amontonen en los extremos.

161

La implementación del controlador y la interfaz gráfica se hará en un PC, opción que cuenta con el bus de comunicación serial RS232 y el cual es fácilmente adaptable al módulo USART del PIC encargado de gestionar los datos requeridos por el controlador.

La manipulación del ángulo de arrollado se hace por medio de la variación la velocidad de adquisición de los hilos, cuyos componentes rectangulares corresponden a la velocidad del carro y a la velocidad tangencial de los hilos sobre el molde. El PIC 16F877 con sus puertos, su PWM, su ADC y su módulo USART, se encarga de gestionar la comunicación entre el PC y la máquina.

El material a utilizar para la construcción de las partes en contacto con la resina como es el caso del tanque será acero inoxidable, y acero SAE 1010 y SAE 1040 para las demás partes.

Los Perfiles cuadrados Norma ASTM A 500 de Acero SAE 1010 y los Perfiles angulares de lados iguales UNE EN10056-99 laminados en caliente se presentan como una excelente opción en la construcción de estructuras de soporte.

Cada una de las piezas de la máquina se diseñó de tal forma que su proceso de manufactura estuviera al alcance del técnico mecánico promedio y de las herramientas de las que dispone.

162

BIBLIOGRAFIA

BLYSG34 Series. Brushless DC spur gear motor [en línea]. [Estados Unidos]: Anaheim Automation, 2007. [consultado 5 de junio de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.anaheimautomation.com/blysg34_series_brushless_dc_spur_gear_motor.htm>. El rozamiento por deslizamiento. Tablas de valores de los coeficientes [en línea]. [España]: Universidad del País Vasco, 2007. [consultado 4 de junio de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/rozamiento/general/rozamiento.htm>. Filament Winders. Patternmaster II [en línea]. [Estados Unidos]: Mc Clean Anderson, 2007. [consultado 5 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.mccleananderson.com/controls/patternmasterII.htm>. Filament Winders. Patternmaster II [en línea]. [Estados Unidos]: Mc Clean Anderson, 2007. [consultado 5 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.mccleananderson.com/controls/patternmaster.htm>. Filament Winders. Pipe/Tank Winder [en línea]. [Estados Unidos]: Mc Clean Anderson, 2007. [consultado 5 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.mccleananderson.com/Images/filament_winders/WPT.pdf>. Filament Winders. Ultra Winder [en línea]. [Estados Unidos]: Magnum Venus Products Inc., 2006. [consultado 12 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.mvpind.com/images/ultra-winder-1400rev0104%20for%20 screen.pdf>. Filament Winders. Ultra Winder [en línea]. [Estados Unidos]: Magnum Venus Products Inc., 2006. [consultado 12 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.mvpind.com/images/FourAxisWinderBrochure.pdf>. Filament Winding. Carbon Fiber Saturation Baths [en línea]. [Estados Unidos]: Dura-Wound Inc., 2006. [consultado 9 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.durawound.com/pages/durawound/carbonbath.htm>. Filament Winding. Fiberglass Saturation Baths [en línea]. [Estados Unidos]: Dura-Wound Inc., 2006. [consultado 6 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.durawound.com/pages/durawound/glassbath.htm>.

163

Filament Winding. Fiberglass Saturation Baths [en línea]. [Estados Unidos]: Dura-Wound Inc., 2006. [consultado 9 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.durawound.com/pages/durawound/glassbath.htm>. Filament Winding. FW Series [en línea]. [Estados Unidos]: Entec Composite Machines Inc., 2006. [consultado 5 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.entec.com/FWtable.html>. Filament Winding. Systems. Fiber Delivery Systems [en línea]. [Estados Unidos]: Entec Composite Machines Inc., 2006. [consultado 8 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.entec.com/fiber.shtml>. Filament Winding. Tank mandrel [en línea]. [Estados Unidos]: Dura-Wound Inc., 2006. [consultado 6 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.durawound.com/pages/durawound/tankmandrel.htm>. Filament Winding. Tensioners [en línea]. [Estados Unidos]: Dura-Wound Inc., 2006. [consultado 9 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.durawound.com/pages/durawound/tensioners.htm>. Gelcoaters. IPG – 24/HV [en línea]. [Suecia]: Aplicator Systems ab., 2004. [consultado 9 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.aplicator.se/download/ipg24hv.pdf>. HIBBELER, R. C. Mecánica de Materiales. 3 ed. México: Prentice Hall, 2000 856 p. Husillos de bolas. Husillos de bolas calidad P5/T5 (0,023/300mm) [en línea]. [España]: Tecnopower, 2007. [consultado 28 de mayo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.tecnopower.es>. Impregnation Systems. Dip style bath [en línea]. [Estados Unidos]: Entec Composite Machines Inc., 2006. [consultado 8 de marzo de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.entec.com/impreg.shtml>. Operations. Filament Winding [en línea]. [Estados Unidos]: Polymer Processing, 2002. [consultado 28 de febrero de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.polymerprocessing.com/operations/filwind/index.html>. Perfiles Comerciales. Angulares de lados iguales (Perfiles L) [en línea]. [España]: Grupo Velasco, 2007. [consultado 7 de junio de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.grupovelasco.com/wgvelasco/L1/Prontuario/Comercial/Comercial35.shtml>.

164

Perfiles cuadrados / NORMA ASTM A 500. Especificaciones Técnicas [en línea]. [Santiago de Chile]: Empresa VH Limitada, 2007. [consultado 7 de junio de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.vh.cl/doc/Especificaciones%20Tecnicas%20Perfil%20Cerrado%20Cuadrado.pdf>. RIVERA, Diego y PEREZ, Marliu. Metodología para la construcción de la estructura del avión x01-fac de la fuerza aérea colombiana en materiales compuestos. Santiago de Cali. 2004. 202 p. Trabajo de grado (Ingeniero Mecánico). Universidad del Valle. Facultad de Ingeniería. ULRICH, Kart; EPPINGER, Steven D. Diseño y desarrollo de productos. 3 ed. México: Mc Graw Hill, 2004. 360 p. Transmisión por correas. Clasificación de las transmisiones por correas [en línea]. [Colombia]: El Prisma “Biblioteca Virtual”, 2007. [consultado 6 de junio de 2007]. Disponible en Internet: <http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_mecanica/transmisioncorrea/>.

165

ANEXOS

Anexo A. Encuesta El formato de encuesta utilizado para establecer importancia relativa: • Encuesta. Para cada una de las siguientes funciones del sistema a desarrollar, favor de indicar en una escala de 1 a 5, que tan importante es esa función para usted. Por favor utilice la siguiente escala: o La función es indeseable. Me disgustaría considerar un producto con esta

función. o La función no es importante, pero no me molestaría tenerla. o Estaría bien tener esta función. o Esa función es sumamente deseable. o La función es crítica. No me gustaría considerar un producto sin que tuviera

esta función. También indique marcando la casilla a la derecha, si usted siente que esta función es única, emocionante y/o inesperada. Importancia de la función en la escala de 1 a 5.

Marcar la casilla si la función es única, emocionante y/o inesperada.

1. __ La máquina bobinará el molde del fuselaje en hilos de fibra. ο

2. __ La máquina asegurará una unión permanente entre los hilos al bobinar. ο 3. __ La máquina proporcionará una adhesión continua y firme entre los hilos de fibra y el molde. ο

4. __ La máquina asegurará la tensión apropiada para cada tipo de hilo de fibra. ο

5. __ La máquina soportará el peso y dimensiones del molde a bobinar. ο

6. __ La fibra será impregnada de resina en la cantidad apropiada. ο 7. __ La máquina generará superficies con el acabado deseado. ο

166

8. __ La máquina proporcionará un intervalo de orientaciones de hasta ± 72º a los hilos de fibra ο 9. __ El material compuesto obtenido por la máquina contará con características preestablecidas por el usuario. ο

10. __ La máquina tendrá una interfaz hombre-máquina amigable. ο

11. __ La máquina será de fácil mantenimiento. ο 12. __ La máquina proporcionará una velocidad de adquisición de fibra constante. ο

13. __ La máquina es segura. ο

167

Anexo B. Perfiles angulares de lados iguales (perfiles l). une en 10056-99

168

Anexo C. perfiles cuadrados / norma astm a 500

169

Anexo D. Tornillos

170

Anexo E. Módulos de elasticidad.

171

Anexo F. Pendientes y deflexiones de vigas simplemente apoyadas

172

Anexo G. Tabla para selección de tubos en acero estructural.

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DISEÑO DE UNA MAQUINA PARA CONSTRUCCION DE …