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IINSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
“OPTIMIZACIÓN DE SOPORTE CHA1542-0115 PARA
MANTENIMIENTO DE ACTUADOR DE REVERSA EN
AIRBUS A-320”
T E S I N A
Q U E P A R A O B T E N E R E L T Í T U L O D E :
I N G E N I E R O E N A E R O N Á U T I C A
P R E S E N T A :
A R M A N D O R U I Z B E R N A L
A S E S O R :
M . E N C . J U A N C A R L O S Z A R C O C R U Z
MÉXICO D.F. Septiembre, 2012
AGRADECIMIENTOS Y DEDICATORIAS.
Dedicatoria
Dedicado principalmente a todas esas personas que estuvieron conmigo apoyándome
desde que empecé mi formación y trayectoria a lo largo de mi carrera me refiero a mi
familia y a mis amigos.
Dedicado también principalmente a mi segundo hogar, el Instituto Politécnico Nacional,
del cual me siento más que orgullo de pertenecer, mi casa de estudios en donde
encontré todas las herramientas necesarias para poder ser un profesionista exitoso,
con aspiraciones y mejor aún con la finalidad de servir a la patria.
Agradecimientos
Es un orgullo saber que después de un par de años el esfuerzo da resultado, este
mismo no hubiese sido posible sin tener a aquellos seres que confiaron y creyeron en
mí, por este motivo quisiera nombrarlas en una lista:
Principalmente a Dios, quien me dio el mejor regalo que es la vida.
A mis padres Horacio Armando Ruiz Padrón y María Isaura Bernal Muñoz,
quienes nunca me dejaron caer y estuvieron conmigo brindándome su mejor
apoyo cariño y motivación. Gracias a ellos estoy aquí. Papás los amo
A mi hermana Isaura Fabiola Ruiz Bernal, quien siempre me ha animado y
confiado en mí para poder verme triunfar. El día de hoy lo estoy logrando.
Hermana Te amo.
A mi abuelita Galdina Muñoz Juárez, quien ha sido y será mi segunda
madre. Nina Te amo.
A mi compañera, amiga y novia Sandra Leticia Galván Pizano, quien me dio
la fuerza, motivación y paciencia necesaria. Te amo San.
A mi asesor M. en C. Juan Carlos Zarco Cruz, quien a pesar de la distancia,
pudimos encontrar la comunicación necesaria para sacar adelante este
proyecto. Gracias Ingeniero.
Al M. en C. Erik Vargas Rojas, quien a pesar de la gran separación que se
tiene, me apoyó moral y técnicamente, además de enseñarme una manera
eficaz y estricta en la forma de trabajo. Gracias por estar conmigo en mis
tropiezos, momentos complicados y decisiones difíciles.
A la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Ticomán,
quien me abrió la puerta, junto con todo su equipo docente para formarme
como profesionista.
A mi escuela hermana, la Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería
y Ciencias Sociales y Administrativas y su equipo de docentes incluyendo al
Ingeniero Juan Carlos Rosas Palacios, quienes me abrieron las puertas
para tomar el Seminario de Titulación.
A mi compañera de Tesina Laura Patricia Vázquez Mendoza. Sin ella este
proyecto no hubiera sido terminado. Gracias Lau.
ÍNDICE
Resumen ....................................................................................................................................... i
Introducción ................................................................................................................................. ii
Capítulo I. Marco metodológico. ................................................................................................ 1
1.1 Planteamiento del problema. .............................................................................. 1
1.2 Objetivo general.................................................................................................... 3
1.2.1 Objetivos específicos .................................................................................... 3
1.3 Técnicas e instrumentos de medición. .............................................................. 3
1.4 Justificación. .......................................................................................................... 4
1.5 Hipótesis ................................................................................................................ 5
Capítulo II. Marco teórico. .......................................................................................................... 6
2.1 La importancia del diseño en la Ingeniería. ..................................................... 6
2.2 Industria Aeronáutica. ........................................................................................ 14
2.3. Mantenimiento de aeronaves .......................................................................... 18
2.4 Código de normatividad ATA............................................................................ 21
2.4.1 Manuales de mantenimiento ..................................................................... 24
2.5 Sistema de propulsión y reversa en aeronaves. ........................................... 25
Capítulo III. Procesamiento y análisis de la información. ..................................................... 32
3.1 Análisis. ................................................................................................................ 32
3.1.1 Descripción del Actuador de Reversa ..................................................... 35
3.1.2Descripción del NP CHA1542-0115. ......................................................... 52
3.2 Diagnóstico .......................................................................................................... 66
3.2.1 Estudio de Materiales ................................................................................. 67
3.2.2 Cálculos de Resistencia del Soporte ....................................................... 71
Capítulo IV. Propuesta de diseño y mejora de la herramienta. ............................................ 80
4.1 Propuesta. ........................................................................................................... 80
4.2 Prototipo realizado con Pro/Engineer ........................................................... 116
4.4 Descripción de la mejora y resultados comparativos ................................. 124
Conclusiones ........................................................................................................................... 126
Bibliografía ............................................................................................................................... 128
Glosario .................................................................................................................................... 132
i
Resumen
El presente trabajo de diseño y aplicación de la ingeniería tiene por objeto proponer un nuevo
diseño a una herramienta ya existente de carácter obligatorio para el mantenimiento del actuador
de reversa, mismo que se encuentra dentro de los motores de los aviones tipo Airbus A-320,
comercialmente utilizados por las aerolíneas Interjet y Volaris.
El trabajo fue desarrollado en cuatro capítulo de las cuales se describe a continuación el enfoque
cada una de estos tuvo dentro de la creación de este:
Capítulo 1. Marco Metodológico; Tiene por objeto proveer la idea a desarrollar en los siguientes
capítulos, delimitando el alcance del mismo partiendo de la problemática actual ubicada en el
mantenimiento de aeronaves comerciales y proporcionando la guía para el desarrollo de la
propuesta basándose en la hipótesis.
Capítulo 2. Marco teórico; Tiene por objeto proporcionar los sustentos teóricos en primer lugar de
los componentes que forman el sistema de reversa de una aeronave, aterrizando el objetivo del
proyecto sobre la base teórica de funcionamiento de un motor y principalmente del mantenimiento
normado a través del código ATA 100, donde tiene origen la idea de mejorar el soporte.
Capítulo 3. Procesamiento y Análisis de la Información; cumple la tarea de analizar a través del uso
del software Pro- Engineer y de la aplicación de la ingeniería el cálculo y comportamiento de los
materiales, formas y masas dentro de una o más estructuras al ser sometidas a diversas cargas,
ofreciendo el primer acercamiento al diseño y al análisis ingenieril.
Capítulo 4. Propuesta de Diseño y Mejora; su objetivo es situar las diez etapas del diseño con la
convección de ideas, análisis y desarrollo de mejoras basado en los resultados obtenidos en el
capitulo anterior y dando pauta a la propuesta de nuevos diseños que mejorar visiblemente las
propiedades mecánicas de la pieza actual y que consecuentemente signifiquen un desarrollo
económico a la entidad que en algún momento pueda fabricarlo, dado que derivado del análisis no
solamente se mejora física y visualmente si no también se contempla la disminución de costo y el
beneficio que traerá a la industria aeronáutica.
ii
Introducción
La industria aeronáutica en México es como muchos otros campos de la ingeniería poco explotado
y que actualmente sólo funge como proveer de materias primas más de tecnología, cuestión que
limita el crecimiento del país en materia de desarrollo. Es por ello y derivado de la oportunidad que
se presenta al utilizar software especializado que se decide realizar una mejora a un herramental
utilizado en la industria aeronáutica. La aplicación de nuestra aportación es clara ya y basada en
normas y manuales internacionales, por lo que se diseño lleva la garantía de ser un producto
normado.
Los aviones tienen un sinfín de partes necesarias para poder realizar exitosamente un vuelo, entre
estas se encuentra la base primordial de un vuelo que es el motor, quien se encarga de generar la
propulsión, que en el caso de los aviones comerciales posee un motor rotativo tipo “turbofan” el
cual está compuesto por un sistema de engranajes, álabes, compresores, álabes de turbina y
cámara de combustión que darán como resultado generar el empuje necesario para elevarse y
mantenerse volando. Al mismo tiempo, el sistema de reversa ubicado en el turbofan es quien lo
hará frenar, por lo que el turbofan tendrá la tarea de acelerar y frenar al mismo tiempo, ¿Cómo se
logra esto? El sistema de reversa se encuentra en los motores de los las aeronaves, mismo que
funciona en base de actuadores hidráulicos quienes se tienen la función de abrir y cerrar
compuertas ubicados en la parte superior e inferior del motor al actuador de reversa, desviando y
cambiando la dirección el flujo secundario, dando como resultado una desaceleración del impulso
de los aviones.
Todo avión antes de emprender un vuelo es revisado a profundidad por lo técnicos en
mantenimiento, una de las partes que se revisan durante cada jornada es precisamente el actuador
de reversa el cual para poder dar mantenimiento en ocasiones es necesario retirarlo del motor y el
cual el Manual de Mantenimiento al cual hace referencia el código ATA en su capítulo 78, nos
obliga a tener una herramienta especializada para poder montar el actuador y comprobar su pleno
funcionamiento, esta herramienta es conocida como Soporte del Actuador o CHA 1542-0115.
Este soporte es precisamente el motivo del presente trabajo donde se encuentra desde la base
teórica hasta la base ingenieril y administrativa del desarrollo de un proyecto de mejora en diseño y
propiedades a través del software Pro- Engineer y los conocimientos aprendidos durante el
seminario de Diseño, Análisis, Ingeniería y Aplicaciones Industriales.
1
Capítulo I. Marco metodológico.
1.1 Planteamiento del problema.
A lo largo del tiempo diversos productos se han encargado de mejorar la vida del ser humano para
poder desempeñar o cubrir de una manera más fácil una función o necesidad. Hablar de estos
productos es adentrarse a un mundo enorme de ingeniería, desde altos edificios, productos
electrónicos, productos del hogar, máquinas industriales, cables de tensión para puentes, utensilios
de cocina, implantes e instrumentos médicos, industria del transporte como automóviles, barcos,
bicicletas o aeronaves.
Cualquier producto tiene un tiempo estimado de vida para cumplir y desempeñar sus funciones al
100%, sin embargo es necesario que para mantener su funcionamiento al pie de la letra, cumplan
con un mantenimiento preventivo y correctivo, esto sucede con las aeronaves. Una aeronave
antes de salir a cumplir su ciclo es inspeccionada detalladamente para verificar que no habrá
ninguna falla durante, antes o después del vuelo.
La palabra falla es un concepto al que cualquier producto tendrá que enfrentarse, tal es el caso de
los componentes del sistema hidráulico de una aeronave, quienes se encargan de darle
movimiento a las superficies de control como flaps, alerones, spoilers y puertas de apertura de
trenes de aterrizaje a partir de los principios de generación de fuerzas mediante la compresión de
líquidos.
Cada componente del sistema hidráulico necesita que se realice una inspección para determinar su
rendimiento y funcionamiento correcto. Para poder realizar esto se cuenta con los Manuales de
Mantenimiento para Componentes o en inglés CMM; dichos manuales especifican el
procedimiento que se le debe realizar a cada elemento de cualquier sistema, de acuerdo a lo
establecido en los códigos ATA 100.
Aterrizando más la problemática, una aeronave comercial que ha tenido mucha demanda es el
modelo de avión Airbus A-320, dicha aeronave es usada hoy en día por aerolíneas nacionales
como Interjet y Volaris (anteriormente Mexicana de Aviación). Dirigiéndonos al sistema de escape
(Código ATA 78) de la aeronave, se cuenta con el Manual de Mantenimiento del actuador superior
de reversa (Figura 1), CMM 78-32-43. Dentro de este manual, el fabricante establece que es
necesario el uso de herramientas especiales para probar, sostener, desarmar y armar cada
componente.
2
Figura 1. Actuador superior de reversa.
Fuente: Manual de Mantenimiento (CMM 78-32-43) Pag.7
Dentro de la sección de “Herramientas especiales y elementos” el manual específica mediante
figuras y dibujos la herramienta con la que se debe contar para realizar el mantenimiento correctivo
o preventivo a dicho actuador; éstas herramientas son las que se requieren y son solicitadas de
acuerdo a la sección de “Desensamble” y es aquí en donde se cita a cada número de parte de la
herramienta para realizar paso a paso el desensamble y mantenimiento del componente. Lo
primero que se debe realizar es instalar el actuador dentro del soporte con Número de Parte
CHA1542-0115, el cual le dará soporte y rigidez ha dicho elemento. (Figura 2).
Figura 2. Soporte principal que sostendrá al Actuador superior de reversa de la aeronave Airbus A-320 para su
desensamble.
Fuente: Manual de Mantenimiento (CMM-78-32-43) Pág. 910
Dentro de esta sección existe una nota que cita lo siguiente: “Alternativas equivalentes pueden ser
utilizadas si las mencionadas aquí no están disponibles”. Estas herramientas pueden ser obtenidas
mediante los mismos fabricantes a través de los Número de Parte mencionados, sin embargo
3
puede que el costo de las mismas, peso de la herramienta, material con el que está fabricado o
alguna otra variable pueda ser una limitante para las bases de mantenimiento encargadas de
realizar la operación.
En resumen, existe la posibilidad de proponer una nueva herramienta para soportar el Actuador de Reversa de acuerdo a lo especificado en el manual de mantenimiento. Realizando una investigación minuciosa y detallada el soporte con número de parte CHA1542-
0115, se podrán encontrar problemáticas, limitantes y tendencias a mejorar en diseño, material y
principalmente costo para proponer una herramienta alternativa como lo cita el manual de
mantenimiento.
1.2 Objetivo general.
Mejorar el diseño, las variables geométricas, capacidades de carga y las propiedades físicas del
soporte con número de parte CHA1542-0115 establecido dentro del manual de mantenimiento 78-
32-43a través del análisis de los requerimientos físicos del actuador de reversa.
1.2.1 Objetivos específicos
Mejorar las propiedades físicas del soporte para lograr mayor competitividad en el
mercado, tales como la masa neta del soporte.
Proponer el uso de diferentes materiales en la fabricación para crear un soporte más ligero
y resistente.
Diseñar un soporte que cumpla con la normatividad vigente de materiales y
especificaciones.
Hacer uso del software Pro/Engineer para el diseño ingenieril del soporte a través de vistas
isométricas, sin llegar a la fabricación del mismo.
Someter a pruebas de simulación de resistencia de carga al soporte diseñado mediante el software Pro/Engineer.
1.3 Técnicas e instrumentos de medición.
A partir de la observación, es como ha surgido la capacidad para poder innovar, crear, diseñar y
solucionar problemas con los cuales se tienen que lidiar. Es por eso que a partir de la observación
se puede llegar a encontrar necesidades o problemáticas en dónde se pueden tomar los principios
referentes al diseño
Definir el concepto de diseño, puede diferir de muchas maneras de acuerdo al autor, sin embargo
todo concepto definido por cualquier autor consta de palabras clave que sustentan esta definición:
4
Necesidad, ideas y producto, palabras meramente importantes para introducirnos al mundo del
diseño en ingeniería.
NECESIDAD. Es la base principal de un problema, una necesidad se define como un
deseo o impulso para solucionar cualquier situación.
IDEAS. Las ideas son las alternativas o propuestas para resolver o innovar. El cerebro es
la mejor máquina que existe, por lo que cualquier idea por más mínima o absurda que
parezca, puede que si se limpia sea el camino para la solución ideal.
PRODUCTO. Es el objeto final que se le dará uso para satisfacer la necesidad. Durante el desarrollo de este proyecto se podrán detectar consecutivamente las 10 etapas
principales del diseño; sin embargo solo se abordara prácticamente hasta la etapa número 9, a
continuación se citan detalladamente cada una con la finalidad de que se puedan conocer
previamente, para después aplicarla al concepto de este proyecto.
1.4 Justificación.
Con base en el manual de mantenimiento el cual establece las herramientas que deben ser
utilizadas y de las cuales permite la creación y diseño de alternativas propias para el montaje y
desensamble del actuador superior de reversa de la aeronave Airbus A-320 y dado que para
efectuar el mantenimiento preventivo y correctivo, es de suma importancia que este sea fijado en
un soporte que le proporcione equilibrio, estabilidad y que a su vez permita al personal maniobrar
con libertad.
Motivo por el cual surge la idea de investigar detalladamente los requerimientos físicos del
actuador de reversa, con la finalidad de diseñar un soporte que ofrezca las características
adecuadas de diseño y materiales, para el uso práctico y rentable durante el mantenimiento del
actuador. Dentro de la formación académica y profesional de un ingeniero en aeronáutica, se tiene
el conocimiento teórico y práctico que ofrece la ventaja de conocer herramientas enfocadas al
diseño de ingeniería, tales como el uso de software tipo CAD que combinados con principios
fundamentales de mecánica de materiales aportaran al proyecto una visión ingenieril en la creación
y desarrollo del producto final.
Como parte del desarrollo profesional de un Administrador Industrial se encuentra la premisa de
proponer y desarrollar nuevas ideas que conlleven a la optimización de recursos materiales y
financieros; por lo que la contribución de la carrera en este proyecto radica en innovar un soporte
5
para el actuador de reversa tomando en cuenta las limitantes económicas que la producción de
este tendrán, realizando los análisis de toma de decisiones necesarios para proponer y aprobar un
diseño que cumpla las expectativas ingenieriles, pero que a la vez sea rentable para el consumidor
y la empresa, asegurando siempre la calidad y el uso funcional de la herramienta dentro de la
industria.
1.5 Hipótesis
A través del uso del software CAD/CAE Pro-Engineer se analizará el soporte actual identificando
oportunidades de mejora en variables como: masa total, capacidad de carga, esfuerzo sometido,
desplazamiento máximo y materiales; haciendo uso del software y de herramientas de análisis y
cálculo se podrá proponer un soporte que optimice las mismas, con un diseño que permita realizar
el mantenimiento del actuador de reversa de manera más sencilla y precisa a un menor costo.
6
Capítulo II. Marco teórico.
Todo el que ha viajado en avión o simplemente lo haya visto volar no puede menos que
preguntarse cómo una máquina más pesada que el aire puede despegar de una pista, mantenerse
en el aire, trasladarse de un punto a otro sin perder el rumbo y aterrizar de nuevo en el aeropuerto
de destino.
Independientemente del fabricante, tipo, modelo y tamaño, los aviones posen elementos comunes
sin los cuales no podrían volar. Todos necesitan un fuselaje, alas, cola y superficies flexibles para
el control del vuelo. De hecho, solamente con esos elementos un planeador puede volar y aterrizar
sin necesidad de tener ningún motor que lo impulse, aunque este tipo de avión para levantar vuelo
necesita utilizar un mecanismo auxiliar que le suministre el impulso inicial para el despegue, como
por ejemplo un automóvil que lo arrastre por la pista enganchado a un cable. Una vez que el
planeador despega, el piloto libera el cable que lo une al dispositivo de arrastre y ya puede
continuar el vuelo solo, aprovechando las corrientes de aire ascendentes.
En general la aviación agrupa los aviones en tres categorías, según la actividad a la que se
dedican(FAA, ADMINISTRACIÓN FEDERAL DE AVIACIÓN, 2008):
Aviación comercial. Reúne aviones de líneas aéreas regulares de pasaje, carga y vuelos
“charter” (de alquiler).
Aviación militar. Comprende aviones estratégicos, tácticos y logísticos.
Aviación general. Abarca toda la actividad aérea no incluida en las dos categorías
anteriores, como aviones de uso personal o ejecutivo y los destinados a aprendizaje,
fumigación agrícola, extinción de incendios en áreas boscosas, acrobacia aérea,
actividades publicitarias y muchas funciones más.
2.1 La importancia del diseño en la Ingeniería.
El siguiente sub capitulado fue tomado en base a lo establecido en las obras de LIEU y SORBY,
2009; Dixon John, 2005; así como Ashby,2000.
Hoy en día los seres humanos se desenvuelven en un mundo lleno de ingeniería, sin percatarse o
sin darse cuenta al respecto, ya que cualquier actividad o instrumento que sea usado en la vida
cotidiana, se percibe de una manera tan natural y normal, lo que conlleva a no asimilar que para
que hoy se tengan al alcance todos estos productos (automóviles, televisiones, máquinas,
7
computadoras, refrigeradores, estructuras, elevadores, entre otros) se partió de una necesidad,
utilizando una herramienta muy poderosa llamada “la observación”.
A partir de la observación, es como ha surgido la capacidad para poder innovar, crear, diseñar y
solucionar problemas con los cuales se tienen que lidiar, el ejemplo más claro es Newton que con
el simple hecho de observar una manzana caer de un árbol, se preguntó todo lo que provocaba y
conllevaba el hecho de que una fruta cambiara de posición de un árbol sin algún impulso de
contacto, descubriendo la fuerza que nos atrae al centro de la tierra, la gravedad.
Es por eso que a partir de la observación se puede llegar a encontrar necesidades o problemáticas
en dónde se pueden tomar los principios referentes al diseño.Generalmente cuando se escucha la
palabra diseño, lo primero que viene a la mente son “dibujos” y no se está muy alejado de la
realidad, ya que plasmando una idea en una hoja de papel, ésta misma puede ser transformada
en un producto que pueda cambiar la vida de los seres humanos. Una obra grande de ingeniería,
que percibimos de una manera muy natural son los transportes, automóviles, barcos y aeronaves.
Si se pudiera regresar el tiempo y conocer los inicios de estas grandes obras de ingeniería cuando
todavía no se contaba con las mismas, pudiera ser posible que se le diera el crédito e importancia
de todos los procesos mecánicos y eléctricos que suceden al girar la llave de encendido del
automóvil, sentarnos en un avión cuando se hace cualquier viaje de negocios o vacaciones o
darse el lujo de abordar un crucero.Definir el concepto de diseño, puede diferir de muchas maneras
de acuerdo al autor, sin embargo todo concepto definido por cualquier autor consta de palabras
clave que sustentan esta definición: necesidad, ideas y producto, palabras meramente importantes
para introducirnos al mundo del diseño en ingeniería.
Necesidad. Es la base principal de un problema, una necesidad se define como un deseo
o impulso para solucionar cualquier situación.
Ideas. Las ideas son las alternativas o propuestas para resolver o innovar. El cerebro es la
mejor máquina que existe, por lo que cualquier idea por más mínima o absurda que
parezca, puede que si se limpia sea el camino para la solución ideal.
Producto. Es el objeto final que se le dará uso para satisfacer la necesidad.
Para aterrizar este concepto y evitar ser redundante, se define al diseño como la habilidad y
capacidad de crear o innovar algún producto a partir de la combinación de ideas y principios
científicos con la finalidad de satisfacer una necesidad. (Ashby, 2000).
El concepto mencionado en el párrafo anterior hace referencia al diseño en ingeniería. Dentro del
mundo de la ingeniería resolver determinadas necesidades, provoca que se ponga en marcha y se
8
desarrolle la capacidad que se tiene para crear e innovar, lo que da como resultado la aplicación de
todas las disciplinas de las ciencias exactas obtenidas dentro de la formación académica que se ha
tenido y es esta misma capacidad la que conlleva a utilizar el ingenio e intelecto humano.
Como se mencionó anteriormente, la observación es la principal herramienta para el diseño, por lo
que no siempre es fundamental detectar una necesidad para proponer un nuevo diseño, ya que si
se observa detalladamente algún producto que se tenga se le podrán encontrar defectos o
cualidades con tendencias a ser mejoradas para su óptimo desempeño. Esta situación es reflejada
en la tecnología japonesa, ellos parten con la propuesta de algo que ya existe hasta encontrar la
mejor propuesta de mejora para ese mismo producto.
A partir de esta ideología es que se pretende realizar una nueva propuesta de diseño para una
pieza solicitada dentro de un manual de mantenimiento aeronáutico, es decir se analizará
detalladamente a través de la observación y la recopilación de la información detectando aspectos
con tendencia de mejorar la pieza que sirve como soporte de un actuador de reversa de las
aeronaves
Durante el desarrollo de este proyecto se podrán detectar consecutivamente las 10 etapas
principales del diseño; sin embargo solo se abordara prácticamente hasta la etapa número 9, a
continuación se citan detalladamente cada una con la finalidad de que se puedan conocer
previamente, para después aplicarla al concepto de este proyecto.
Las 10 etapas principales del diseño son las siguientes (Dixon, 2005)
Identificación de necesidad
Investigación o recopilación de información
Objetivo Final
Especificaciones de desempeño.
Ideas e Invención
Análisis
Selección
Diseño de detalle
Prototipo y pruebas
Producción y ejecución
Etapas del
Diseño
9
Cabe mencionar que el alcance máximo de este proyecto llegará únicamente a la etapa número 9,
el prototipo se realizará mediante los conocimientos abordados durante el seminario a través del
software Pro-Engineer.
Desarrollo de etapas del diseño: 1.) Identificación de la necesidad
Todo proyecto comienza a partir de la detección de alguna problemática o necesidad. En este
punto es en donde se aplica la observación para detectar exactamente el área a la que se pretende
aterrizar. Es aquí en donde comienza todo, ¿Qué se necesita mejorar? ¿Qué debe innovarse?
¿Qué podría satisfacer o mejorar el proceso que realizo hoy en día? ¿Qué pasaría si se tuviera una
herramienta física en apoyo? Éstas son solo unas cuantas preguntas para poder detectar la
necesidad, es importante que se enfaticen enunciados bien estructurados que definan claramente
la problemática.
Por ejemplo:
Se necesita una escalera portátil para pintar la pared
Es necesario realizar un tornillo que cumpla con las mismas funciones pero de diámetro
menor.
Se necesita proponer una nueva pieza, con la finalidad de reducir costos.
Éstos y cualquier otro enunciado claro y de fácil entendimiento.
2) Investigación de información.
Una vez que se ha encontrado la problemática o la necesidad que se desea satisfacer, el siguiente
paso es la recopilación de información. Ninguna persona puede proponer algo sin antes estar
previamente informado de lo que ya existe en la actualidad y de las ventajas y desventajas que
conllevaría realizar el producto.
Regresando a las propuestas que se realizaron en la identificación del problema, suponiendo que
se pretende diseñar un nuevo tornillo pero de diámetro menor. ¿Ya existen tornillos de esa
medida? ¿Qué material están utilizando? ¿Están patentados? ¿Es conveniente realizar una nueva
propuesta? Respondiendo estás preguntas será la mejor manera de que se tenga un panorama
más conciso del diseño a realizar; tan sencillo como citar el siguiente enunciado “El conocimiento
es la mejor arma, recopilando información y tener la certeza y seguridad de lo que se está
hablando, darán como resultado no temer a ninguna sesión de preguntas”.
10
3) Objetivo Final.
Una vez que ya se ha recopilado la información necesaria y se sabe lo que se pretende hacer, es
de suma importancia fijar una meta y un alcance de lo que abarcará el proyecto; dichos objetivos
tienen un nivel alto de relevancia ya que éstos mismos se tienen que demostrar al momento de
concluir la investigación. Generalmente los objetivos inician con verbos en infinitivo y tienden a
responder las preguntas ¿Qué se va a hacer? ¿Mediante qué? ¿Para qué?.
Adicionalmente es necesario limitar el objetivo, mencionar únicamente los puntos y temáticas que
se van a tocar con la finalidad de mantener un enfoque sintetizado a la temática deseada.
4) Especificaciones de desempeño
En este punto es en donde se comienzan a abordar detalladamente los conocimientos
relacionados al área de ingeniería, ya que es aquí en donde se define lo que va a hacer el diseño
final. Las preguntas más constantes que ayudarán a enfatizar esta etapa son las siguientes:
¿Bajo qué condiciones estará desarrollándose el producto? (Estática, Dinámica)
¿Cuáles son las magnitudes a las que se someterá el producto? (Carga, corriente eléctrica,
temperatura máxima permisible, presión, voltaje)
¿Bajo qué condición de trabajo se someterá el diseño final? ( flexión, torsión, compresión,
tensión)
¿Se conocen los límites permisibles de resistencia?
¿Cuáles son los materiales básicos utilizados? Respondiendo todas éstas preguntas se obtendrán los datos necesarios para plantear el problema
detalladamente para continuar con las ideas y análisis del mismo.
5) Ideas e Invención
Esta etapa consiste en generar y proponer todas las ideas que se tengan en mente para resolver la
necesidad, estas puede ser desde un par de dibujos realizados a mano alzada, hasta una reunión y
discusión en una mesa redonda en donde se expongan ideas al respecto.
Es importante mencionar que a estas alturas no se puede descartar ninguna idea por más absurda
que parezca, ya que es posible que a partir de la misma se llegue a la conclusión para resolver el
problema. Algunas Herramientas para la obtención de ideas, las cuales finalmente llevan a un solo
destino final, generar ideas para encontrar una posible solución
11
6) Análisis
El análisis en ingeniería se define como el proceso de interpretación de información a través de
algún método matemático para encontrar un valor o resultado. Es en esta etapa en donde se
proceden a realizar los cálculos y la obtención de resultados ya con las posibles ideas generadas
en la etapa anterior. Este proceso consta de siete pasos.
Definición del problema. Es recomendable citar y enunciar en un párrafo la información
que se tiene y a lo que se desea obtener.
Diagramas. Para cualquier ingeniero, es fundamental el hecho de incluir diagramas, en
donde se muestren cargas, temperaturas, presiones, fuerzas, y cualquier otra condición a
la que se tendrá que enfrentar. Un dibujo/diagrama siempre es útil para visualizar lo que se
está buscando.
Supuestos. Antes de realizar cualquier cálculo, es óptimo realizar una suposición del
comportamiento o posibles resultados.
Cálculos. Es aquí en donde se aplican todos los conocimientos de las ciencias exactas. A
través de modelos matemáticos se obtienen los valores y/o variables algebraicas
necesarias
Verificación de la solución. La mejor manera de comprobar resultados es sustituyendo
valores y analizando detalladamente los resultados ¿son lógicos y concisos? ¿Los
resultados obtenidos son similares a los supuestos?
Conclusión. Es la conclusión obtenida a partir de ingresar las variables de entrada, al
modelo matemático correspondiente.
Aplicando estas siete etapas, es como se podrá realizar el análisis correspondiente de la
problemática encontrada. Es importante mencionar que en ingeniería no solamente hay un solo
camino para llegar a la misma respuesta, pueden existir varias maneras de llegar al resultado, el
punto es encontrar el mejor.
IDEAS / SOLUCIÓN
DIbujos a mano alzada,
Ishikawa,
Entrevistas
Lluvia de
ideas, FODA
12
7) Selección
A partir de los resultados obtenidos con las ideas generadas y el análisis detallado de cada una, el
siguiente paso es escoger la mejor opción que se apegue de acuerdo a la necesidad, la toma de
decisiones juega un gran papel dentro de la etapa de selección en el diseño. En esta etapa es
importante eliminar y jerarquizar los factores a los que hay que darle prioridad hasta llegar a lo que
se desea obtener.Algunas preguntas útiles para llevar a cabo la etapa de selección son las
siguientes ¿Es factible elaborar esa idea? ¿El costo es benéfico? ¿El material seleccionado es el
que se apega mejor a las condiciones finales? ¿Se han tomado en cuenta condiciones externas?
¿Se cuenta con la disponibilidad en recursos para realizar el producto? Éstas son solo un par de
preguntas con las que se irán descartando cada una de las opciones generadas hasta llegar a la
más ideal.
8) Diseño de detalle.
El diseño de detalle se define como el proceso para la generación e implementación de ideas
fundamentales que caracterizan e identifican a un producto, este proceso afecta significativamente
a lo novedoso de un producto, ya que el grado en el cual un nuevo producto está basado en esos
conceptos técnicos que son indistintos o con tendencia de mejor en los demás productos,
determinará su nivel de innovación
Posteriormente a que ya se seleccionó la opción ideal a diseñar, se da el siguiente paso que es
abordar el diseño de detalle del producto. Esta es una de las etapas finales y con mucha
relevancia, ya que es en esta misma en donde se deben definir y enlistar todos los elementos del
producto final a mostrar, se deben estudiar las características de cada pieza que hará posible el
funcionamiento del producto final.Es aquí en donde se muestran los dibujos y diagramas finales
obtenidos, especificando cada detalle (por más mínimo que sea) de cada componente, indicando
unidades de medida, medidas y dimensiones, tolerancias (si aplica) y muy importante, el material
seleccionado (mismo el cual se llego a determinar en la etapa anterior de selección).Figura 3.
Figura 3 Dibujos detallados de las vistas isométricas de un “producto”.
Fuente: www.mycadsite.com
13
9) Prototipo y pruebas.
La palabra falla es un concepto a la que tiene que enfrentarse la ingeniería. ¿De qué manera
asegurar que el producto realizado funcionará al 100%? Una vez que ya se tiene el prototipo final y
adicionalmente al análisis se haya realizado previamente con un factor de seguridad (evaluando
costos y factibilidad), es necesario someter a éste prototipo (modelo a escala del producto final)
final a las condiciones bajo las cuales trabajará, esto es lo que se realiza en la etapa número 9.
Afortunadamente hoy en día existen herramientas y software asistidos por computadora CAE
(Computer Aided Engineering) los cuales poseen una gran capacidad para que se ingresen las
variables de entrada, las condiciones a las que será sometido y los materiales que se utilizarán,
posteriormente el mismo sistema arrojará los resultados obtenidos tanto en números, diagramas y
gráficas obtenidas.
A partir de los resultados obtenidos en las pruebas que se realizaron al prototipo, es como se
definirá si es necesario que se realicen ajustes al respecto en formas, materiales, entre más
propiedades del producto; Una vez que se hayan hecho las pruebas suficientes a las cuales se
tendrá que enfrentar el producto novedoso.
10) Producción y ejecución.
Es en esta etapa cuando se observa el resultado obtenido a partir de todo el esfuerzo,
investigación y trabajo en equipo (si aplica) para una nueva invención. Teniendo ya los resultados
de las pruebas y habiendo hecho los ajustes necesarios, el siguiente paso es realizar la producción
del producto.
Es importante hacer hincapié en que aun siendo esta la última etapa del diseño, es sometida a
toma de decisiones, ya que esta etapa conlleva el proceso de adquisición de materia prima,
maquinado y ensamblado del producto final; Para realizar esto es muy importante tomar en cuenta
los siguientes aspectos.
Considerar medidas estándares y comerciales para la adquisición de materiales (Barras
redonda, hexagonales, soleras, cables, perfiles, placas)
Conseguir la materia prima con los proveedores más factibles
El proceso de maquinado debe ser rentable para hacer el análisis de costo-beneficio.
Al finalizar detalladamente de realizar las 10 etapas del diseño en ingeniería es cuando se tendrá
físicamente y al alcance de la mano el producto, nunca esta por demás revisarlo y darle una
inspección física para encontrar detalles o discrepancias de calidad en el mismo.
14
De esta manera se concluye el diseño en ingeniería, no sin antes mencionar que al momento que
se tiene el producto terminado, no existe ni existirá ningún mejor premio que el de sentirse
orgulloso por haber realizado un producto de calidad.
2.2 Industria Aeronáutica.
Panorama Actual
Con base en el articulo por “Industria Aeronáutica” de el autor (Platel, 2010), así como el portal
web de la Federación Mexicana De la Industria Aeroespacial (FEMIA, www.femia.com.mx).
Uno de los sectores que mayor crecimiento ha tenido en últimos años en México, es sin duda el
sector aeronáutico, el cual se caracteriza por demandar altos niveles de calidad, tecnología y
seguridad en todas sus actividades.
La industria aeronáutica mexicana ocupa el primer lugar en inversiones de manufactura en el
mundo, con 33 mil millones de dólares en el período 1990-2009, superiores a las captadas por
Estados Unidos, China, Rusia e India.
El crecimiento que se ha venido dando en el sector obedece a diversos factores que permiten a
México mantenerse como un fuerte destino de inversión, la cercanía que se tiene con dos de los
mayores mercados |como lo son Estados Unidos y Canadá, la ubicación geográfica que permite
tener salida por ambos litorales del país, la reducción de costos para productos con alto costo de
transporte y almacenamiento, son sólo algunas de las ventajas que brinda la industria aeronáutica
de México.
La instalación en México de diversas empresas de clase mundial como lo son Honeywell,
Bombardier, Grupo Safran, EADS, ITP Ingeniería y Fabricación (antes ITR) ha permitido la
formación de importantes clusters industriales en diversas regiones del país, principalmente en el
norte y centro.
Los esfuerzos de promoción y desarrollo realizados por los gobiernos federal y estatal también han
contribuido a que estos números se vean incrementados año con año, sin embargo, se puede decir
que la industria aeronáutica en México aún es incipiente, por lo que es necesario contar con una
mayor participación y coordinación entre los diversos actores que la integran, industria, gobierno y
academia.
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La industria aeronáutica internacional percibe a México como un sitio con creciente atractivo para
sus inversiones, debido a su disponibilidad de ingenieros, reducidos costos laborales y proximidad
con Estados Unidos.
Empleo e Inversiones
La industria aeronáutica en el país brinda empleo a más 30,000 personas, de los cuales el 64.5%
se concentra en los estados de Baja California, Chihuahua y Querétaro.De acuerdo con el estrato
por número de trabajadores, el 70% de los empleos generados en el país esta concentrado en
empresas pequeñas y medianas, mientras que el 23% es ocupado en empresas grandes y sólo el
7% se encuentra en micro empresas.
Entre 2010 y 2011 se anunciaron importantes proyectos de inversión, así como la apertura de
plantas industriales en el sector, un ejemplo de ello fueron la inauguración en marzo de 2010 de las
instalaciones de las empresas Messier Dowty y SNECMA, pertenecientes a Grupo Safran en el
estado de Querétaro, cuya inversión fue de 150 millones de dólares.
En octubre de 2010, Bombardier Aerospace inauguró una nueva planta en Querétaro proyecto que
implicó una inversión adicional de 255 millones de dólares y donde realizarán el ensamble del
fuselaje, alas y estabilizadores del avión ejecutivo “Learjet 85” fabricado a base de compuestos de
carbono y que se encuentra aún en etapa de desarrollo.
Figura. 4 Crecimiento de la Industria Aeronáutica en México
Fuente: FEMIA, PROMÉXICO
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Parte de este proyecto implica la transferencia de tecnología y herramental para el diseño y
fabricación de las partes con compuestos de carbono, así como programas que fortalecen la
educación y capacitación del recurso humano.
Estructura de la Industria Aeronáutica El sector aeronáutico en México está conformado por 248 empresas y entidades de apoyo: 70.6%
dedicadas a la manufactura, 12.5% a reparación y mantenimiento y 16.9% a ingeniería y diseño
(figura 5).
Entre las principales actividades de manufactura se encuentran la fabricación de partes y
componentes, arneses, maquinado de piezas, equipo de seguridad, así como el ensamble de
fuselajes para avión y helicóptero. En cuanto al giro industrial de reparación y mantenimiento se
tiene el caso de mantenimiento a turbinas y motores de avión, mientras que en ingeniería y diseño,
se tiene contemplado la creación de nuevos proyectos de turbinas y materiales compuestos
(composities).
Figura. 5 Porcentaje de empresas aeronáuticas en México
Fuente: FEMIA
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Centros de Ingeniería y de Diseño
Los proyectos de inversión y la instalación de facilidades aeronáuticas no solo han fortalecido las
capacidades de manufactura en México, también las capacidades de desarrollo e innovación a
través de importantes centros de ingeniería y diseño, a continuación se mencionan algunos.
Centro de Investigación y Tecnología de Honeywell Aerospace de México: Realiza
manufactura, diseño y pruebas de alta tecnología para el sector aeroespacial.
General Electric Infraestructure Querétaro (GEIQ): Fue fundado en 1999, es el centro de
ingeniería más grande fuera de los Estados Unidos de GE Aviation y el segundo de GE
Energy.
ITP Ingeniería y Fabricación, S.A. de C.V. (antes Industria de Turborreactores, S.A. de C.V.
ITR): ITP fue inaugurada en 1998 en Querétaro, fruto de la alianza de las aerolíneas
Aeroméxico, Mexicana de Aviación y de la empresa española Industria de Turbo Propulsores.
ITP se dedica a la ingeniería, investigación y desarrollo, fabricación y fundición, montaje y
pruebas de motores aeronáuticos y turbinas de gas.
Airbus A-320 El Airbus A320 (Figura 6) es un avión civil de pasajeros de Airbus, de un solo pasillo y de corto a
medio alcance. Fue el primer modelo de avión comercial con mandos electrónicos fly-by-wire, de
forma que el piloto controla las partes móviles del avión a través del uso de impulsos electrónicos
en vez de mediante palancas y sistemas hidráulicos. Cabe mencionar que la investigación se
enfocará básicamente en el sistema de empuje y reversa de esta misma aeronave, mismo que se
explicará detalladamente en el punto 2.4.
Las novedades tecnológicas que introdujo este avión fueron:
Fue el primer avión civil con mandos de control completamente digitales del tipo fly-by-wire
(el A310 había tenido algunos, pero todavía conservaba otros analógicos).
Es la primera aeronave en usar una palanca de mando o "sidestick" en lugar de los
clásicos volantes o "cuernos" de control.
Para pilotarlo solo se necesitan dos personas (es decir, no se necesita de un ingeniero de
vuelo).
Es el primer avión de fuselaje estrecho con una cantidad significativa de su estructura
hecha de fibra y materiales compuestos.
Es la primera aeronave de su tipo que incluye un sistema de carga en contenedores.
Sus sistemas de mantenimiento y diagnóstico son centralizados, los cuales permiten a los
mecánicos comprobar los sistemas del avión desde la cabina
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Figura 6 Aeronave Airbus A-320.
Fuente:http://airvoila.com/airbus-a320/
2.3. Mantenimiento de aeronaves
En base a los conceptos e ideas plasmadas en las obra de la FAA, 2008 “Manual del
Mantenimiento del avión” se redactó el apartado 2.3.
El mercado para los servicios de mantenimiento y reparación de aeronaves es un área compleja y
altamente especializada, ya que requiere servir a una gran diversidad de sistemas, componentes y
partes. Además, el mantenimiento aeronáutico demanda una inversión considerable en
infraestructura, cumplir con regulaciones oficiales y mantener actualizado al personal técnico, todo
con el objeto de salvaguardar la seguridad para los operadores y usuarios de aeronaves.
Los componentes que hacen posible el funcionamiento de los aviones tienen una vida útil y
algunos de ellos tienen mayor desgaste que otros, como es el caso de los motores y el tren de
aterrizaje. El objetivo de los centros de mantenimiento es mantener a las aeronaves en condiciones
óptimas, de manera que sus operadores puedan hacer uso de ellas en cualquier momento,
garantizando la seguridad en los vuelos, además de conservar el valor del avión.
Tipos de mantenimiento:
Mantenimiento Correctivo: Es el conjunto de tareas destinadas a corregir los defectos que se van
presentando en los distintos equipos y que son comunicados al departamento de mantenimiento
por los usuarios de los mismos.
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Mantenimiento Preventivo: Es el mantenimiento que tiene por misión mantener un nivel de
servicio determinado en los equipos, programando las intervenciones de sus puntos vulnerables en
el momento más oportuno. Suele tener un carácter sistemático, es decir, se interviene aunque el
equipo no haya dado ningún síntoma de tener un problema
Mantenimiento Predictivo: Es el que persigue conocer e informar permanentemente del estado y
operatividad de las instalaciones mediante el conocimiento de los valores de determinadas
variables, representativas de tal estado y operatividad. Para aplicar este mantenimiento, es
necesario identificar variables físicas (temperatura, vibración, consumo de energía, etc.) cuya
variación sea indicativa de problemas que puedan estar apareciendo en el equipo. Es el tipo de
mantenimiento más tecnológico, pues requiere de medios técnicos avanzados, y en ocasiones, de
fuertes conocimientos matemáticos, físicos y/o técnicos.
Mantenimiento Cero Horas (Overhaul): Es el conjunto de tareas cuyo objetivo es revisar los
equipos a intervalos programados bien antes de que aparezca ningún fallo, bien cuando la
fiabilidad del equipo ha disminuido apreciablemente de manera que resulta arriesgado hacer
previsiones sobre su capacidad productiva.
Dicha revisión consiste en dejar el equipo a Cero horas de funcionamiento, es decir, como si el
equipo fuera nuevo. En estas revisiones se sustituyen o se reparan todos los elementos sometidos
a desgaste. Se pretende asegurar, con gran probabilidad un tiempo de buen funcionamiento fijado
de antemano.
Mantenimiento En Uso: es el mantenimiento básico de un equipo realizado por los usuarios del
mismo. Consiste en una serie de tareas elementales (tomas de datos, inspecciones visuales,
limpieza, lubricación, reapriete de tornillos) para las que no es necesario una gran formación, sino
tal solo un entrenamiento breve. Este tipo de mantenimiento es la base del TPM (Total Productive
Maintenance, Mantenimiento Productivo Total).
Servicios de Mantenimiento de Aeronaves
Los aviones requieren inspecciones y mantenimiento de manera periódica debido a las horas de
vuelo y ciclos de operación. Un ciclo de operación equivale a un despegue y a un aterrizaje Las
ensambladoras de aeronaves recomiendan llevar a cabo estas inspecciones después de cierto
número de horas de vuelo, lo cual puede variar dependiendo del modelo y la capacidad de
autonomía de cada aeronave.
20
Por lo general, los aviones están sujetos a una programación calendarizada de servicios de
mantenimiento (servicios programados) y el fabricante original (Original Equipment Manufacturer u
OEM) ofrece un programa de mantenimiento ideal para sus equipos. Es labor de los dueños,
operadores y centros de mantenimiento llevar a cabo la administración de las bitácoras de servicio
para las aeronaves.
Además de los servicios programados, existen los servicios no programados, que son aquellos que
deben proveerse cuando la aeronave sufre un desperfecto. La provisión de servicios de
mantenimiento y reparación puede ocasionar que los equipos estén en tierra por periodos cortos o
largos de tiempo, dependiendo el tipo de servicio que deben recibir. (Véase Tabla 1)
Tabla 1. Tipos de servicio de Mantenimiento.
Fuente: http://www.fac.mil.com
Mantenimiento del Actuador de Reversa “Airbus A-320”
Cabe mencionar que el área de servicio de mantenimiento se divide en los talleres de
mantenimiento que ofrecen servicios para la aviación comercial (aviones de más de 100 pasajeros)
y los que trabajan con líneas regionales. Dentro de estas últimas se encuentran empresas como
Volaris e Interjet, líneas aéreas que cuentan con sus propios talleres de mantenimiento y personal
especializado para la atención periódica de sus equipos.
Algunas veces, cuando las aeronaves requieren de servicios con mayor grado de especialización,
los aviones se programan y se envían a algún otro taller en el extranjero por periodos de tiempo
que pueden variar dependiendo el servicio requerido. Interjet es una aerolínea comercial de alta
• Mantenimiento y revisión regular a motores que aseguran que la aeronave se encuentra
en condiciones óptimas para operar( Forma parte del mantenimiento programado).
• Solución de problemas de los componentes.
MANTENIMIENTO A COMPONENTES
• Mantenimiento y cambio de componentes básicos para sistemas de navegación,
control de vuelos, sistemas de comunicaciones, controles ambientales, ademas de
sistemas eléctricos, tren de aterrizaje y frenos.
• Mantenimiento complejo que incluye desmontar los motores.
• Apertura e inspección de zonas y partes especificas (zonas frías y calientes).
• Inspección de las estructuras aéreas para analizar niveles de corrosión y desgaste.
• Inspección interna y externa de todos los componentes que comprende un periodo de
tiempo extenso.
• Desmantelamiento de grandes partes de la aeronave para una revisión exhaustiva.
MANTENIMIENTO MAYOR
MANTENIMIENTO A MOTORES
MANTENIMIENTO DE LÍNEA
TIPOS DE SERVICIO DE MANTENIMIENTO
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eficiencia que hace base en el AIT y cuenta con capacidad propia para dar servicio a sus 15
aviones Airbus 320.
En ocasiones es lo que puede llegar a suceder cuando se necesita darle un mantenimiento de
grado mayor al actuador de reversa establecidos por los manuales de mantenimiento (en este caso
dentro del CMM 78-32-43; Pero antes de entrar en detalles es fundamental conocer la
nomenclatura definida de estos números clave.
2.4 Código de normatividad ATA.
La Asociación de Transporte Aéreo ATA de Norteamérica, está conformada por las principales
aerolíneas comerciales de ese país, para efectos de estandarizar en un solo formato numérico se
estableció por medio de esta asociación la especificación 100, en la cual se identifican todos los
sistemas y componentes de cualquier aeronave, este estándar es comúnmente aceptado por la
industria y también por las autoridades aeronáuticas en todo el
mundo.(http://www.todoexpertos.com/categorias/ciencias-e-ingenieria/ingenieria-
aeronautica/codigos-ata)
El ATA 100 es un sistema de clasificación en árbol cuyo fin es el de estructurar de forma
generalizada un avión hasta cada una de sus piezas. Con este código se consigue que todo el
mundo de la aviación trabaje con las mismas referencias cuando se desarrolla un sistema o se
encuentra un problema. Este código consta de 95 capítulos. Que en si hablan de todas las
características de la aeronave.
Contenido del código ATA 100:
00: Generalidades
02: Peso y balance
03: Equipo mínimo
04: Airworthiness limitations
05: Límites de tiempo
06: Dimensiones y áreas
07: Levantamiento y anclaje
08: Nivelación y peso
09: Remolque y rodaje
10: Estacionamiento y anclaje
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11: Letreros y señalamientos
12: Servicios
14: Herramientas
15: Entrenamientos Externos
16: Equipo de soporte en tierra
17: Equipo auxiliar
18: Vibración y ruido
19: Reparación estructural
20: Prácticas estándar
21: Aire acondicionado
22: Piloto automático
23: Comunicaciones
24: Sistema eléctrico
25: Equipo y accesorios
26: Protección contra fuego
27: Controles de vuelo
28: Combustible
29: Sistema hidráulico
30: Protección contra hielo y lluvia
31: Sistema de indicaciones e instrumentos de grabación
32: Tren de aterrizaje
33: Luces
34: Navegación
35: Oxigeno
36: Sistema Neumático
37: Presión y vacío
38: Aguas y desechos
39: Electrical/electronic panel
41: Water ballast
45: Central main system
46: Información del sistema
49: Unidad de potencia auxiliar (UPA)
50: Aire
51: Estructuras
52: Puertas
53: Fuselaje
54: Pilones y barquillas
55: Estabilizadores
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56: Ventanas
57: Alas
60: Practicas Estándar de hélices y rotores
61: Hélices y propulsores
62: Rotores
63: Impulsor del rotor
64: Rotor de cola
65: Impulsor de rotor de cola
66: Palas plegables y pilones
67: Controles de vuelo del rotor
70: Prácticas estándar del motor
71: Planta motriz
72: Turbinas y turbo hélices (motor)
73: Sistema de combustible de motor
74: Encendido
75: Purga de aire
76: Controles de motor
77: Indicadores de motor
78: Escape
79: Lubricación
80: Arranque
81: Turbina de motor recíproco
82: Inyección de agua
83: Cajas de engranes de accesorios
84: Incremento de la propulsión
91: Gráficos y diagramas
95: Equipamiento especial
El proyecto se ubica dentro del capítulo 78 referido a Sistemas de Escape, dado que el actuador de
reversa para el que se diseñará el soporte, forma parte del motor de la aeronave.El código a su vez
se encuentra subdividido en capítulos, para el caso del capítulo 78, este se encuentra divido en 5
secciones, las cuales se citan a continuación:
00 – Generalidades.
10 – Colectores y Boquillas.
20 – Supresor de ruido.
30 – Sistema de Empuje.
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40 – Suministro de aire.
Dado que el actuador de reversa forma parte a su vez del sistema de empuje del avión, se hace
necesario tomar a su vez como referencia el capitulo citado “CMM 78-32”.
2.4.1 Manuales de mantenimiento
El trabajo de mantenimiento de aviones incluye la inspección y reparación de las estructuras del
avión, así como los recubrimientos y sistemas de los mismos en hangares o en el aeropuerto. Una
buena capacitación y buenas prácticas de trabajo aseguran la seguridad del trabajador y de la
aeronave, dándole suma importancia a las herramientas. El código ATA hace referencia a los
siguientes manuales (FAA, 2008):
•AMM:Aircraft Maintenance Manual
•TSM: Trouble Shooting Manual
•IPC: Illustrated Parts Catalog
•ASM: Aircraft Schematic Manual
•AWM: Manual Aircraft Wiring Manual
•ESPM: Electrical Standard Practices
•CMM: Component Maintenance Manual
Es importante resaltar el Manual de Mantenimiento de Componentes, ya que dentro de este mismo
es en donde se solicitan las herramientas especializadas para darles el respectivo mantenimiento a
los componentes de las aeronaves, de acuerdo a lo mencionado en el código ATA.
Debido a que en la aeronáutica, la seguridad juega un factor muy importante, se debe poner
mucha atención a las herramientas, ensamble y desensamble que se hace en cada uno de los
componentes de la aeronave, ya que cualquier descuido podría ser una causa de una falla por más
mínima que fuera.
He aquí resaltar la gran importancia de las herramientas que solicita el manual de mantenimiento
de las aeronaves, si no usan las requeridas o se usa una para otra función que no debe ser,
pueden producirse resultados diferentes a los establecidos en el manual.Dicha importancia es la
que juega el soporte CHA1542-0015, ya que su principal función es brindar el equilibrio y
estabilidad necesaria al actuador para posteriormente realizar pruebas de funcionamiento,
ensamble y desensamble.
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Para efectos del proyecto se utilizara el CMM 78-32-48, manual que contiene la información
necesaria para el mantenimiento de los equipos del avión.
2.5 Sistema de propulsión y reversa en aeronaves.
En base a lo establecido por el autor Cuesta Alvarez, 2001 en su obra Motores de reacción, se
enuncia el apartado de Sistema de propulsión.
Cualquier máquina que se encuentre en movimiento y desplazamiento continuo, ya sea terrestre,
marítimo o en este caso aéreo, necesita un sistema de empuje que los impulse y mantenga en
movimiento. La propulsión es el movimiento generado a partir de una fuerza que genera impulso;
En el caso de las aeronaves lo que produce este impulso es la energía obtenida a partir de la
combustión realizada dentro de los motores a reacción.
A continuación se cita una clasificación muy general de los motores a reacción utilizados dentro de
las aeronaves. (Figura 7) (Es importante mencionar que no se tocarán a detalle principios
termodinámicos de los motores, ya que este apartado es únicamente con fines teórico-explicativo
para entender detalladamente el funcionamiento de la propulsión en las aeronaves).
Figura 7 Clasificación general de los motores de propulsión en aeronaves.
Fuente: http://www.airliners.net
Clasificación de motores
a reacción en aeronaves
Turboshaft o
Turboeje
Turborreactor o
Turbopropulsor
Turbofan
Turbo Jet
Ram Jet
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NOTA: En este caso, se explicará únicamente el empuje que es generado dentro de un motor tipo
Turbofan o turbo-ventilador, ya que el proyecto está enfocado a realizar un soporte del actuador
que se utiliza en los sistemas de reversa de la aeronave Airbus A-320, misma que posee motores
tipo Turbofan.
El empuje generado en un turbofan, como se menciono anteriormente es el resultado de la energía
producida de la combustión de aire altamente comprimido con combustible. Los gases calientes
salen expulsados a velocidades y temperaturas muy altas lo que le da el movimiento e impulso a
una aeronave.Para entender el funcionamiento de un Turbofan, primero que nada se deben
identificar los componentes del mismo. (Figura 8.)
Fan o Ventilador
Compresores (de alta y baja presión)
Cámara de combustión
Turbinas (de alta y baja presión)
Escape o Tobera.
Figura 8 Elementos de un motor a reacción tipo turbofan. Imagen tomada de la
Fuente: : http://compresoresequipo-3.blogspot.mx/
El fan, los compresores y las turbinas son un conjunto de álabes o aspas unidas en un disco los
cuales están conectados por uno o varios ejes lo que da como resultado que sean componentes
rotativos.
El proceso inicia de la siguiente manera:
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1.-A partir del movimiento iniciado en el eje del motor, éste comenzará provocará que el fan gire. El
movimiento del fan y las formas de los álabes harán que el aire pase a través de esta sección,
aumentando la velocidad de flujo del mismo y comenzando a generar compresión en las partículas
del aire.
2.- Debido a que se trata de un motor tipo fan, el aire será dividido en dos secciones. El flujo
primario que será el que pasará por los compresores hasta terminar su ciclo de combustión y el
flujo secundario, tratándose del aire que solamente es inhalado por el ventilador pasando por
afuera de la sección interna.
3.- El aire ligeramente comprimido por el fan, pasa a través de los compresores de alta y baja
presión quienes se encargan de aumentar altamente la presión y temperatura del aire.
4.- Posterior a que el aire ha sido comprimido, este mismo arribará a la cámara de combustión en
dónde una bujía y un inyector de combustible, serán los encargados de producir una chispa y la
combustión de la mezcla generando la energía que terminará por impulsar a la aeronave.
5.- La mezcla de aire combustible saldrá disparada velocidades y temperaturas muy altas (en
ocasiones superiores a los 1100°C) por lo que el flujo de este aire caliente se impactará en los
álabes de turbina, quienes se encargaran de reducir la presión que se tenía después de la etapa de
combustión para transferir el flujo a la sección de la tobera.
6.- Finalmente el aire caliente ha pasado a través de las turbinas, sale por una tobera por la parte
posterior del motor. Las estrechas paredes de la tobera fuerzan al aire a acelerarse. El peso del
aire, combinado con esta aceleración produce parte del empuje total.Se puede mencionar que este
es el proceso general para que una aeronave sea propulsada y de esta manera pueda alcanzar la
velocidad necesaria para su despegue y trayectoria a destino final.
Sistema de frenado y reversa en aeronaves.
Se ha hablado sobre el procedimiento que es utilizado cuando un avión despega, es decir la
propulsión. Ahora bien, ¿Qué sucede o de qué manera es posible omitir el empuje generado por
los motores turbofán en una aeronave y frenarla en el momento de aterrizaje?
El sistema de frenos tiene como objetivo aminorar la velocidad del aeroplano en tierra, tanto
durante la rodadura como en la fase final del aterrizaje, y por supuesto pararlo.El dispositivo de
frenado de los aviones consiste, lo mismo que en los automóviles, en un disco metálico acoplado a
cada rueda, el cual se frena, y con el la rueda, al ser oprimido a ambos lados por unas pastillas de
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freno accionadas por un impulso hidráulico.(http://www.enocasioneshagoclick.com/2009/08/la-
reversa-de-un-motor-de-avion.html)
El sistema de frenos de los aviones tiene dos características especiales: una, que solo dispone de
frenos en el tren principal, nunca en las ruedas directrices; y dos, que cada rueda del tren principal
(o conjunto de ruedas de un lado en trenes complejos) dispone de un sistema de frenado
independiente.
La situación interesante es que debido a la inercia que posee una aeronave al momento de
aterrizar, no es suficiente contar únicamente con un solo sistema de frenos, ya que esto implicaría
tener una pista de aterrizaje más larga, por lo que las aeronaves cuentan con otras dos fuentes de
abastecimiento para el frenado, los aerofrenos o spoilers y el sistema de reversa.(Figura 9.)
Figura 9 Sistemas de frenado en aeronaves.
Fuente: Motores de Reacción - Cuesta, A 2001.
La siguiente división de los frenos habla sobre los spoilers, que no son más que superficies de
control o aletas desplegables ubicadas en las alas del avión, las cuales se levantan a determinado
ángulo provocando que el aire se impacte en su superficie, generando una ligera barrera para el
flujo del aire en movimiento logrando que la resistencia al avance sea mayor y se reduzca la
velocidad de aterrizaje.
Finalmente se tiene el sistema de reversa en aeronaves. A inicios del subcapítulo 2.4, se explicó
brevemente la propulsión en aeronaves, por lo que la mejor y manera ideal para frenar la aeronave,
sería generar una fuerza de misma magnitud de empuje revirtiendo la dirección del flujo de los
gases. Si el empuje es hacia adelante, la fuerza de reacción para el frenado tendría que ir hacia
atrás frenando el avión.Ahora bien, ¿cómo conseguimos hacer que el chorro de gases vaya para
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delante? (idealmente, el chorro de gases debería ir justo hacia delante, es decir, hacerlo girar 180º,
pero como eso es imposible, en la realidad lo que se hace es girarlo 135º).
En un turbofan, se revierte la dirección del flujo secundario, que es el que no sufre las
transformaciones termodinámicas del motor, es decir, el que va directamente del fan a la tobera,
sin pasar por el compresor, cámara de combustión y turbina, dicha explicación se puede apreciar
de manera más clara en la Figura 10.
Figura 10 Se observa en la imagen de la izquierda del lector, el sentido de flujo para el despegue; en la figura derecha del
lector, unas compuertas son accionadas a partir de actuadores y sistema hidráulico, desviando el sentido de flujo
provocando una resistencia al avance mayor frenando a la aeronave.
Fuente: http://compresoresequipo-3.blogspot.mx/
Los componentes de la aeronave que se encargan de obstruir el flujo son los actuadores o cilindros
hidráulicos, de los cuales es importante mencionar su funcionamiento básico, ya que este proyecto
estará enfocado en mejorar una herramienta que sirve como base y soporte del actuador de
reversa de la aeronave Airbus A-320.
¿Qué es un actuador o cilindro hidráulico y como funciona?
Para la redacción del siguiente apartado, se tomo como fuente principal la obra del autor Sótelo,
Ávila, 1997.
Un cilindro hidráulico es aquel que transforma la energía proveniente por la presión del fluido en
una fuerza mecánica o acción para producir algún trabajo. Un cilindro hidráulico, consiste
básicamente de un cilindro principal, uno o más pistones y biela o bielas del mismo émbolo
Un cilindro de simple acción se muestra en la Figura 11.
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El fluido bajo presión entra al puerto y empuja el pistón en el sentido que lleva la dirección de flujo,
por lo que empuja al pistón en contra de la pared, dirigiéndolo hacia la derecha. Al mismo tiempo
que el pistón se mueve, aire es forzado a salir del “alojamiento del resorte” a través del orificio de
ventilación, comprimiendo el resorte. Cuando la presión en el fluido es liberada hacia el punto
donde hay menos fuerza que la que se presenta en el resorte comprimido, el resorte empuja al
pistón hacia la izquierda.
Figura 11 Cilindro de una sola acción.
Fuente:http://compresoresequipo-3.blogspot.mx/
Cilindro de acción doble.
Un cilindro hidráulico de doble acción es ilustrado en la figura 12. La operación de este tipo de
cilindros convencionalmente es controlada mediante una válvula selectora. La figura 13 muestra un
cilindro hidráulico de doble acción interconectado con una válvula selectora.
Figura 12 Cilindro de acción doble
Fuente: http://compresoresequipo-3.blogspot.mx/
Ahora bien, colocando la válvula selecta en posición de “encendido” como se muestra en la figura
B, se está admitiendo el paso del fluido bajo presión hacia la cámara del lado derecho del cilindro
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hidráulico; esto da como resultado que el pistón sea forzado a moverse hacia la derecha.
EsteAhora bien, colocando la válvula selecta en posición de “encendido” como se muestra en la
figura B, se está admitiendo el paso del fluido bajo presión hacia la cámara del lado derecho del
cilindro hidráulico; esto da como resultado que el pistón sea forzado a moverse hacia la derecha.
Este movimiento empuja a que el líquido hidráulico se dirija por el otro puerto de entrada y se
traslade de regreso hacia la válvula selectora la cual va a dar al depósito de líquido hidráulico.
Figura 13
Fuente: http://compresoresequipo-3.blogspot.mx/
Figura 14
Fuente: http://compresoresequipo-3.blogspot.mx/
Con esto se cierra el subcapítulo de Sistema de empuje y reversa en aeronaves, cuyo objetivo
principal era explicar los conceptos básicos de dichos sistemas con la finalidad de que poco a poco
se vaya aterrizando al componente que se atacará en este proyecto y se entienda claramente la
ubicación de la pieza del actuador de reversa, para posteriormente explicar el soporte que le dará
la estabilidad y equilibrio al mismo.
32
Capítulo III. Procesamiento y análisis de la información.
3.1 Análisis.
El objetivo principal de este capítulo es proveer la información necesaria para lograr un mejor
diseño del soporte, en cuanto a propiedades físicas y mecánicas se refiere, a través de este se
analiza el soporte actual con base en el manual de mantenimiento establecido por el código ATA
100, el presente de desarrolla a través de las 10 etapas del diseño en la ingeniería:
En el capítulo uno se hizo referencia a los pasos del diseño aplicado a la ingeniería, los cuales
serán aplicados a lo largo de este capítulo 3, en cual ya se aplicará al 100% la metodología de
diseño en ingeniería:
Identificación de la necesidad, Investigación o recopilación de información, Objetivo final,
Especificaciones de desempeño, Ideas e Invención, Análisis Selección, Diseño de Detalle,
Prototipo y pruebas, Producción y ejecución.
Al mismo tiempo y antes de comenzar a desglosar este capítulo es muy importante hacer hincapié
en que debido a que el proyecto únicamente se quedará en la fase de prototipo y pruebas y que no
se tuvo algún contacto /cliente directo, debido a la privacidad de datos manejada en la industria
aeronáutica.
Etapa 1.- Planteamiento del problema “Se requiere mejorar y proponer un nuevo diseño del soporte con NP CHA1542.0115 (comparado
con el ya existente), en cuanto a apariencia, forma, tamaño, dimensiones y materiales, para el
actuador de reversa de la aeronave Airbus-A320, utilizado en los puntos de “Desensamble y
pruebas” citados en el manual de mantenimiento CMM .
Etapa 2.- Investigación de la información Debido a que este soporte ya se encuentra dentro del mercado aeronáutico actual, se procedió a
requerir información a proveedores aeronáuticos del número de parte CHA1542-115, con la
finalidad de conocer sus dimensiones, materiales, formas y sobre todo precio de esta pieza.
Sin embargo, por cuestiones de privacidad en la industria aeronáutica y uso de la información
solamente con fines didácticos, se complicó el hecho de conseguir dicha información con los
proveedores, sin obtener resultado algunos. Por este motivo es que se decidió recopilar
33
únicamente la información que viene establecida dentro de los manuales de mantenimiento, tanto
como el CMM (Component Manual Maintenance) como el AMM (Aircraft Maintanence Manual).
El primer paso es conocer de manera detallada, la ubicación real del actuador de reversa
(LOCKING ACTUATOR) dentro de una aeronave, para esto se cita a las figuras 15 y 16.
Figura 15 Vista lateral de la ubicación del actuador dentro de un motor del Airbus A-320.
Fuente: Manual de mantenimiento de la aeronave o en sus siglas en inglés AMM de A319 / A320 / A321.
34
Figura 16 Ubicación real del actuador en un motor de aeronave Airbus A-320.
Fuente: Manual de mantenimiento de la aeronave o en sus siglas en inglés AMM de A319 / A320 / A321.
Con el apoyo de las figuras anteriores, ya se tiene un conocimiento detallado de la ubicación
exacta del actuador de reversa de la aeronave Airbus A-320.
El siguiente paso, es saber y analizar en qué momento el soporte actual es requerido por el manual
de mantenimiento. A continuación se citan unas traducciones del uso de este soporte, dentro de la
sección “DISSAMSEMBLY” página 301 y 711 del manual de mantenimiento CMM 78-32-43.
“Desensamble”
-Asegurarse de que todas las piezas y herramientas a utilizar estén limpias
-Identificar las piezas que serán removidas.
-Coloque el actuador de acuerdo a la figura 301.
-Instale el actuador sobre el soporte CHA1542-0115
“Pruebas de desplazamiento”
-Coloque el actuador sobre el soporte CHA 1542-0115
-Instale y ensamble la punta del actuador con la última parte del soporte.
-Desplace manualmente la punta del actuador en apoyo en un eje guía ubicado en el
soporte para comprobar su funcionamiento y longitud de carrera correcta.
Ahora bien, debido a que los diagramas utilizados en ingeniería tienen la ventaja de poder servir de
apoyo para entender y facilitar la comprensión del problema, también se decidió abordar estos dos
puntos de esta manera, es decir la descripción física del soporte actual CHA1542-0115 y las
pruebas de desplazamiento a través de bosquejos. (Véase Fig. 17 - 19)
35
Dialogando como equipo, se llego a la conclusión que sería conveniente se hicieran un dibujos a
mano alzada del actuador de reversa y los diagramas que fueran necesarios, esto con la finalidad
de familiarizarse un poco más con las formas, dimensiones e ir conociendo mejor la pieza que
tendrá que soportar la herramienta a diseñar. (Véase Fig. 28 a 32).
Etapa 3. Objetivo general Mejorar el diseño, las variables geométricas, capacidades de carga y las propiedades físicas del
soporte con número de parte CHA1542-0115 establecido dentro del manual de mantenimiento 78-
32-43a través del análisis de los requerimientos físicos del actuador de reversa.
Etapa 4. Especificaciones de desempeño. Con el fin de proveer la idea base del proyecto, se realizo el siguiente dibujo a mano alzada, el cual
concibe al actuador con sus principales partes y las cuales a su vez constituyen la base para la
creación del soporte.
Dentro de las especificaciones del soporte podemos encontrar con base en el manual de
mantenimiento y dado la limita información con la que se cuenta en la industria aeronáutica, se
realizo el primer boceto basándonos en medidas especificadas por dicho manual, el cual
únicamente provee las medidas principales.
3.1.1 Descripción del Actuador de Reversa
De los datos provistos por el manual es posible delimitar las especificaciones correspondientes a
cada pieza, con el fin de presentar las principales características del actuador de reversa, este fue
descompuesto en sus principales partes mostrando las características de cada una de acuerdo a
los siguientes criterios:
El total de la masa fue divido conforme a las medidas proporcionadas, ponderándolas
teóricamente.
La masa de cada pieza se obtiene partiendo del porcentaje de peso previamente asignado,
siendo esta equivalente al porcentaje de masa total del actuador correspondiente a cada
pieza.
El peso se indica en libras (Unidades utilizadas en el manual) y su correspondiente
conversión a Kg.
36
Los diámetros principales fueron obtenidos a partir del manual y representados de forma
estimada lo que hace posible obtenerlas medidas faltantes cuyas cotas se encuentran
expresadas en In.
La memoria de cálculo abajo presentada considera el actuador en reposo y en movimiento,
ya que para efectos de diseño del soporte es de suma importancia la longitud total de la
carrera del actuador.
El actuador fue descompuesto en un total de 6 piezas principales, las cuales se detallan en
composición y medidas en las siguientes figuras.
El principal objetivo de asignar pesos ponderados al actuador reside en que con base en este se
determinara que partes del soporte deberán soportar mayor carga y por consecuencia se podrá
determinar que materiales cumplen con los requerimientos necesarios para soportar dichas cargas
sin ser sometidas a flexión, comprensión y/o ruptura de la pieza que dará soporte al actuador tanto
en movimiento como en reposo.
Para poder determinar las cargas a sostener en la carrera del pistón, es necesario determinar los
momentos durante el movimiento realizado por este.
La descomposición del actuador no solamente se realiza a efectos de conocer a profundidad al
actuador sino y a falta de datos exactos, nos ayudo a determinar las medidas estimadas
necesarias para el soporte en cuestión.
Por lo que cada parte del actuador a su vez proporciona el panorama de elaboración de las seis
piezas principales del soporte, las cuales en primera instancia serán presentadas tal y como lo
indica el manual en forma y peso, con el fin de obtener la visión total de los requerimientos que el
modelo a diseñar deberá cumplir y a que este a su vez sea elaborado con la calidad que el
actuador necesita para su correcto mantenimiento aumentando la calidad del mismo.
Con el propósito de mostrar visualmente la anterior redacción se presentan en primera instancia los
bosquejos realizados en mano alzada del actuador de reversa y de su montaje sobre el soporte
actual especificado por el manual. (Véase Fig. 17-19).
37
Fig
ura
17 D
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Fu
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ropia
Fu
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: P
ropia
40
Memoria de Cálculo del Actuador de Reversa
1.- Descripción general:
Extrayendo del manual de mantenimiento 78-32-43 se presentan los siguientes datos técnicos del
actuador(Véase Tabla 2):
DATO VALOR
Carrera del pistón del actuador 21.025”
Diámetro interno: 1.495”
Tiempo de desplazamiento 2 s
Tiempo en contracción 4.5 s
Masa total (con líquido hidráulico) 15, 975 lb
Tabla 2. Datos especificados para el soporte
Fuente: CMM 78-43-48.
NOTA: Tal como se mencionó anteriormente, debido a la privacidad en la industria aeronáutica y a
la falta de ubicación física y real del actuador, las medidas, datos y resultados que se presentaran,
son estimados a partir de los contenidos en el manual.
*Éstos son los datos tomados del CMM 78-38-48.Sin embargo es difícil de aceptar el hecho de que un elemento de un
motor tenga una masa de casi 7 toneladas, ya que un solo motor tiene una masa estimada de alrededor de 2 hasta 7
toneladas. Por este motivo es que se decidió calcular la masa de cada elemento tomando como referencia sus dimensiones
y tipo de material
ELEMENTO VOLUMEN
(in3) DENSIDAD
(lb/in3) Masa pieza (lb)
porcentaje
CILINDRO1 16.46 0.283 4.66 4%
CILINDRO2 7.81 0.283 2.21 2%
HEXAGONAL 18.12 0.283 5.13 4%
SOPORTE 16.25 0.283 4.60 2% TUBO
PRINCIPAL 44.27 0.283 12.53 4%
PISTON 7.13 0.283 2.02 9%
SKYDROL 433.165 0.040 122.585 75%
MASA TOTAL 153.15
TABLA 3. DATOS CALCULADOS DE LA MASA TOTAL DEL ACTUADOR DE REVERSA.
41
Los cálculos mostrados en la tabla 3, se apegan a valores más reales y así asimilar que un cilindro hidráulico con un diámetro interno no mayor a las 3 pulgadas, tenga una masa de 41.601 libras. Por lo que a partir de los resultados obtenidos en este análisis es como se calcularán los valores de resistencia a los que serán sometidos los elementos principales del soporte.
2.- Descripción a detalle:
Una vez realizado el dibujo a mano alzada es posible presentar un diseño aproximado del actuador
de reversa en Pro-Engineer al cual se dará mantenimiento en el soporte; para lo cual se indican las
principales piezas que lo componen (Fig 20) así como el actuador ensamblado en sus tres
principales vistas (Fig. 21).
Fig
ura
20 A
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de r
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o.
Fu
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*
Fig
ura
. 21 A
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bla
do
Fu
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: P
ro-E
ngin
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43
2.1.- Descripción funcional y de materiales.
Elemento Función Principal Material Motivo
Cilindro 1
Acoplar el Actuador dentro del
sistema de reversa en la parte
superior/inferior del motor de la
aeronave A-320
AISI 1018
La pieza solamente sirve como
ensamble, no es sometida a
condiciones críticas.
Cilindro 2
Instalación de la palanca para
asegurar o aflojar el actuador
dentro del sistema de reversa
AISI 1018
/1045
La pieza no es sometida a
condiciones críticas de desempeño
Pieza
Hexagonal
Soportar al Actuador cuando se
retire el componente de la
aeronave y se encuentre en
mantenimiento
Acero grado
herramienta
El barreno de esta pieza funciona
principalmente para soportar al
actuador, por lo que es necesario
empotrarlo con el soporte.
Tubo
Reservar, y almacenar el
líquido hidráulico para empujar
al pistón y proporcionar el
movimiento
Fundición
gris
Esta pieza necesita poseer un
material con alta resistencia a la
corrosión ya que a través de ella es
por donde se transporta el líquido
hidráulico SKYDROL.
Pistón
/turbo
retráctil
Empujar la parte final del
actuador (Eye-end assembly)
para proporcionar la apertura
del sistema de reversa en los
motores de la aeronave Airbus
a-320.
AL 6061
Deslizamiento crítico, contacto directo
en con líquido hidráulico, aleaciones
capaces de resistir estas condiciones.
Generalmente la fundición gris es
empleada en tuberías, posee buena
resistencia al desgaste, debido a que
las "hojuelas" de grafito sirven de auto
lubricante.
Tubo
Soporte
Agarre
Sirve como el punto muerto
superior del émbolo. Limita la
carrera del émbolo, además de
servir como apoyo para
soportar al actuador cuando se
baja de la aeronave.
AISI 1018
La pieza no es sometida a
condiciones críticas de desempeño,
únicamente sirve como soporte.
Tabla 4. Descripción de funciones.
Fuente: Basado en el CMM – 78-32-48
44
2.2.- Masas por pieza. NOTA: Debido a que se detectó que los datos mostrados en el manual de mantenimiento eran incongruentes, en este proyecto se proponen y calculan los valores mostrados en las siguientes tablas:
Datos Generales del Actuador.
Elemento Unidades
Masa total líquido hidráulico 122.5 Libras 55.57 kg
Masa total con liquido 153.15 Libras 69.47 kg
Masa sin líquido hidráulico 31.151 Libras 14.13 kg
Tabla 5. Datos generales.
Fuente: CMM 78-32-48.
Distribución de masas por pieza
Elemento Masa
(libras) Masa (kg)
Peso (Sistema
Inglés) lbft/s2
Peso (Sistema.
Internacional.) N
Cilindro 1 4.66 2.11 149.91 20.74
Cilindro 2 2.21 1.00 71.10 9.83
Pieza hexagonal 5.13 2.33 165.03 22.83
Tubo 4.60 2.09 147.98 20.47
Pistón/tubo retráctil 12.53 5.68 403.12 55.76
Tubo soporte agarre 2.02 0.92 64.98 8.99
Totales 31.15 14.13 1,002.13 138.62
Tabla 6. Distribución de masas.
Fuente: Cálculos realizados a partir de los datos proporcionados por el CMM. 78-32-48
2.3.- Medidas por pieza.
45
Pieza Diámetro
(in)
Radio
Interno (in) Radio (in) Altura (in)
Curvatura
(in)
Cilindro 1 2.88 -- 1.44 2.40 0.08
Cilindro 2 2.74 -- 1.37 1.30 0.08
Pieza hexagonal 2.84 0.31 1.42 3.94 --
Tubo 1.86 0.09 0.93 24.66 --
Pistón/Tubo retráctil 1.60 0.33 0.8 25.78 --
Tubo soporte agarre 2.84 0.93 1.42 1.98 0.02
Tabla 7. Medidas por pieza
Fuente: Propia
2.4.- Presentación de isométricos.
Con base en las medidas y pesos anteriormente presentados, se realizaron las vistas isométricas
del actuador de reversa con el uso del software Pro-Engineer, el actuador se presenta a través de
sus seis principales componentes; cabe resaltar nuevamente que las medidas son estimadas y
que solo se acotan las que significan una contribución al diseño del soporte para dicho actuador.
(Fig. 22 -27).
46
Fig
ura
.22 Isom
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ilin
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Fu
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Fig
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48
Fig
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. 24 Isom
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Fig
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Actu
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Fig
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Actu
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51
Fig
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. 27 Isom
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Agarr
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Actu
ador)
Fu
ente
: P
ro-E
ngin
eer
52
3.1.2Descripción del NP CHA1542-0115.
Para realizar el soporte que servirá para mantener en equilibrio y apoyar al actuador de reversa de
la aeronave Airbus A-320para poder efectuar el mantenimiento correspondiente (Over-hall),
primero que nada es importante tener en cuenta las características físicas y condiciones principales
que describe el manual de mantenimiento CMM-78-32-43.
Sin embargo como se comentó anteriormente, debido a la privacidad existente dentro de la
industria aeronáutica, es complicado adquirir información únicamente con fines didácticos, por lo
que todas las dimensiones, materiales de fabricación y cálculos obtenidos serán datos
“estimados”, que con ayuda de la memoria de cálculo, podrán obtenerse los valores reales, en
cuanto se asignen las magnitudes y dimensiones reales del soporte.
Los bosquejos presentados a continuación (Fig. 28 - 32) pretenden exponer en una primera etapa
a los componentes principales que forman al actual soporte requerido por el manual de
mantenimiento, para poder proponer una mejora, es fundamental tener el conocimiento de formas
y dimensiones que posee el soporte actual, con base en estas y adentrándonos en el mundo de
ingeniería a través de las diversas etapas señaladas en el seminario desarrollar analíticamente un
soporte nuevo con mejoras sustanciales en diseño, materiales y peso.Las piezas bosquejadas y las
posteriores desarrollados por medio de Pro-Engineer, se realizaran tomando como base las
medidas del actuador, cabe resaltar que el soporte se conforma de 4 piezas principales:
1.- Base rectangular.
2.- Ajuste principal hexagonal.
3.- Soporte y Ajuste Secundario.
4.- Tope e Indicador de distancia.
Las piezas del soporte deberán ser capaces de soportar el peso total del actuador y poseer la
movilidad y rigidez necesaria para que el técnico realice un trabajo optimo en el mantenimiento.
Para lo cual se presenta primeramente bosquejos con las medidas finales de cada pieza pudiendo
así diseñar diversas opciones que cumplan con los requerimientos durante las siguientes etapas
del proyecto que consiste en la creación e innovación de un nuevo producto mejorado en
capacidades y materiales.
53
Fig
ura
28 B
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57
Fig
ura
32 S
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Secundario
Fu
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: P
ropia
58
Memoria de Cálculo Soporte del Actuador
1.- Descripción general:
El soporte propuesto por el manual de mantenimiento esta compuesto por 6 piezas principales las
cuales son: Base, Soporte principal, Soporte Secundario, Tope, Screw y los pernos. El manual de
mantenimiento solo hace mención a dichas partes y no hace referencia a medidas o pesos por lo
que las medidas, pesos y materiales a continuación presentados son estimados con base en las
proporciones del actuador anteriormente obtenidas y expuestas.
2.- Descripción a detalle:
Dado que el soporte esta conformado por 6 piezas independientes es necesario bosquejar cada
una de ella por separado como se presentaron anteriormente, ya que le soporte será no puede
fabricarse en una sola pieza y cada parte posee características diferentes; una vez obtenidas todas
la piezas puede presentarse un prototipo del soporte que actualmente el manual propone y al cual
se le harán las modificaciones; nuevamente cabe señalar que el soporte fue obtenido a partir de los
principales del actuador.
A continuación se presenta un ensamble del soporte (Fig. 33)
Fig. 33 Soporte CHA1542-0115
Fuente: Pro-Engineer
59
2.1.- Descripción funcional y de materiales.
Elemento Función Principal Material
Base del soporte Base principal de todos los elementos del
soporte en general AISI 1045
Soporte y ajuste principal
Soportar, retener y restringir al actuador de
reversa a partir de la "Pieza hexagonal", para
evitar su movimiento al momento de efectuarle
la prueba de desplazamiento
AISI 1045
Soporte secundario
Soportar la parte final del actuador para
restringir su movimiento al momento de existir
un desplazamiento.
AISI 1045
Tope1
Al momento de que el actuador se encuentra
con el pistón contraído, su función principal es
sostener y colocar el tornillo e indicador para
mantenerlo fijo.
AISI 1045
Tope2
Al momento de que el actuador se encuentra
con el pistón extendido, soporta al tornillo
/indicador de distancia
AISI 1045
Tornillo/indicador
(Screw)
Fijar al 100% al actuador de reversa en una de
las dos posiciones, séase extendido o contraído.
Indicar medidas principales de distancia y
posición del pistón.
AISI 1045
Pernos Retener a la pieza hexagonal en el soporte AISI 1045
Tabla 8. Descripción de funciones y materiales
Fuente: Propia
60
2.2.- Masa y volumen por pieza.
Elemento Material Masa (libras) Masa (kg) Volumen (in3)
Base AISI 1045 514.956 233.583 1819.380
Soporte principal AISI 1045 5.269 2.390 18.618
Soporte secundario AISI 1045 5.335 2.420 18.85
Topes AISI 1045 8.020 3.638 28.34
Screw AISI 1045 1.377 0.624 14.12
Pernos AISI 1045 0.249 0.113 0.879
Total 535.205 242.768 1900.187
Tabla 9 Masa y Volumen
Fuente:Propia
2.3.- Propiedades de los materiales utilizados.
a) Acero al Carbón 2018 – 4041 y 1045
Este acero de bajo contenido de carbono tiene buenas propiedades para ser usado en piezas
carburizadas, puesto que se obtiene una capa mas dura y uniforme.También es un grado excelente
para doblado y formado en frio así como para operaciones de soldadura.
Propiedades mecánicas
Resistencia a la tracción 4,560 kg/cm2
Punto de cedencia 3,860 kg/cm2
Alargamiento en 2” 16 %
Reducción del área 40%
Dureza Brinell 143
2.4.- Presentación de isométricos.
Basándonos en las medidas obtenidas del actuador, los materiales y los diseños propuestos en el
manual de mantenimiento el soporte actual es presentado a través del software Pr-Engineer,
acotando las medidas que como consecuencia debe de tener estimadamente el soporte.
61
Fig
ura
. 34
Base d
el soport
e
Fu
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62
Fig
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63
Fig
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64
Fig
ura
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: P
ropia
65
Fig
ura
. 38
Soport
e e
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Fu
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: P
ropia
66
3.2 Diagnóstico
El acoplamiento de cada elemento sobre la base del soporte será a través de soldadura de arco, al
hacer esto es necesario diagnosticar de manera general el esfuerzo que soportará cada uno de los
elementos través del modelo matemático.
En donde P = Carga a soportar h= altura de unión de la soldadura y l = longitud soldada.
Nota: Generalmente se utiliza una altura de unión de soldadura de 0.25 in, además de que los
valores de “P” fueron obtenidos en el punto 3.2.2
Por lo tanto para el soporte principal el resultado sería:
Obteniendo un factor de seguridad a partir del modelo matemático, considerando un esfuerzo
permisible para el acero 1045 de 1.73e7 lbm in/s2:
Para el soporte secundario:
Es así como se determina el esfuerzo que tendrá que resistir la soldadura en cada elemento.
67
3.2.1 Estudio de Materiales
a) Aceros al Carbono:
El acero de construcción constituye una proporción importante de los aceros producidos en las
plantas siderúrgicas. Con esa denominación se incluye a aquellos aceros en los que su propiedad
fundamental es la resistencia a distintas solicitaciones (fuerzas tanto estáticas como dinámicas).
Composición química
La composición química de los aceros al carbono es compleja, además del hierro y el carbono que
generalmente no supera el 1%, hay en la aleación otros elementos necesarios para su producción,
tales como silicio y manganeso, y hay otros que se consideran impurezas por la dificultad de
excluirlos totalmente –azufre, fósforo, oxígeno, hidrógeno. El aumento del contenido de carbono en
el acero eleva su resistencia a la tracción, incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que
disminuya la tenacidad y la ductilidad.
Acero dulce: El porcentaje de carbono es de 0,25%, tiene una resistencia mecánica de 48-55
kg/mm2 y una dureza de 135-160 HB. Se puede soldar con una técnica
adecuada.Aplicaciones: Piezas de resistencia media de buena tenacidad, deformación en frío,
embutición, plegado, herrajes, etc.
Acero semidulce: El porcentaje de carbono es de 0,35%. Tiene una resistencia mecánica de
55-62 kg/mm2 y una dureza de 150-170 HB. Se templa bien, alcanzando una resistencia de 80
kg/mm2 y una dureza de 215-245 HB.Aplicaciones: Ejes, elementos de maquinaria, piezas
resistentes y tenaces, pernos, tornillos, herrajes.
Acero semiduro: El porcentaje de carbono es de 0,45%. Tiene una resistencia mecánica de 62-
70 kg/mm2 y una dureza de 280 HB. Se templa bien, alcanzando una resistencia de 90
kg/mm2, aunque hay que tener en cuenta las deformaciones.Aplicaciones: Ejes y elementos de
máquinas, piezas bastante resistentes, cilindros de motores de explosión, transmisiones, etc.
Acero duro: El porcentaje de carbono es de 0,55%. Tiene una resistencia mecánica de 70-75
kg/mm2, y una dureza de 200-220 HB. Templa bien en agua y en aceite, alcanzando una
resistencia de 100 kg/mm2 y una dureza de 275-300 HB.Aplicaciones: Ejes, transmisiones,
tensores y piezas regularmente cargadas y de espesores no muy elevados.
Tratamientos térmicos de los aceros al carbono
68
Recocido: El objeto de este tratamiento es ablandar el acero, homogenizar su estructura,
composición química y aumentar su ductilidad. Se aplican varios tipos de recocido.
Temple y revenido: Al dar a los aceros al carbono un temple y revenido se consiguen muy
buenas características cuando el perfil es delgado. En un acero al carbono bien templado o
revenido, el valor del límite elástico suele llegar a ser un 75% de la carga de rotura.
Figura. 39 Características de los materiales
Fuente: Pro-Engineer
Figura. 40 Acero en barra
Fuente: http://maquinasyherramientas-torno.blogspot.mx/
69
Figura. 41 DiagramaEsfuerzo-Deformación Acero
Fuente:http://www.monografias.com/trabajos72/
b) Aluminio
El aluminio es el elemento metálico más abundante en la Tierra y en la Luna, pero nunca se
encuentra en forma libre en la naturaleza. El aluminio es un metal plateado con una densidad de
2.70 g/cm3 a 20ºC (1.56 oz/in3 a 68ºF). El que existe en la naturaleza consta de un solo isótopo,
2713Al. El aluminio cristaliza en una estructura cúbica centrada en las caras, con lados de longitud
de 4.0495 angstroms. (0.40495 nanómetros). El aluminio se conoce por su alta conductividad
eléctrica y térmica, lo mismo que por su gran reflectividad.
Propiedades
Alta conductividad eléctrica y térmica
Resistencia a la corrosión
Blandeza y maleabilidad
Facilidad de reciclaje
Temperatura de fusión baja.
Cambios de estado
Bajo la influencia de temperaturas elevadas se pueden producir modificaciones permanentes en la
estructura de los materiales que han experimentado endurecimiento por deformación en frío, estas
traen consigo una disminución de la resistencia mecánica.
70
Figura.42 Diagrama Esfuerzo –Deformación Aluminio
Fuente: http://blog.utp.edu.co/metalografia/2011/
Fig.43 Características de los materiales Figura 44.Aluminio en lamina
Fuente: Pro-Engineer http://mexicali.olx.com.mx/lamina
71
3.2.2 Cálculos de Resistencia del Soporte
Para la obtención de las cargas, se realiza el cálculo de momentos en base al desplazamiento del
vástago y el líquido hidráulico contendido en este en los tres principales momentos del recorrido,
es de suma importancia delimitar estas cargas ya que posteriormente serán la base del cálculo
para proponer un nuevo diseño que mejora el esfuerzo – deformación de los materiales al recibir
las cargas provenientes del actuador de reversa.
Cálculo de momentos, diagrama de cuerpo libre.
1. CASO 1. Cálculos pistón en reposo.
Caso 1. El cilindro y el pistón se encuentran totalmente en reposo, no existe líquido hidráulico
dentro del tubo.
Figura 46. Caso 1 Pistón contraído
Fuente: Propia
Datos:
P1 Cilindro 1 = 4.6 lb = 149.91 lbm ft /s
2
P2 Cilindro 2 = 2.21 lb = 71.10 lbm ft /s2
P3 Pieza hexagonal = 5.13 lb = 165.03 lbm ft /s2
P4 Tubo = 4.60 lb = 147.98 lbm ft /s2
P5 Pistón = 12.53 lb = 403.12 lbm ft /s2
P6 Tubo Soporte = 2.02 lb = 64.98 lbm ft /s2
72
Establecimiento de ecuaciones de equilibrio:
+ ↑ ∑ Fy = 0
= -P1 –P2-P3-P4-P5-P6+RAy + RBy
Sustituyendo:
= RAy + RBy = 1,002.13 lbm ft /s2
Carga máxima a resistir en reposo = 1,002.13 lbm ft / s2
+ ∑ MA = 0
= + (P1 *0.29 ft) + (P2 * 0.16 ft) + (P3 * 0.03 ft) – (P4 * 1.06 ft) – (P5 * 13.89) - (P6 * 1.95) +
RBy (1.95 ft)
Obteniendo la suma de los momentos en B:
∑+ MB = 0
= + (P1 * 2.23 ft) + (P2 * 2.10 ft) + (P3 * 1.98 ft) – (P4 * 0.88 ft) – (P5 * 0.80) – P6 (0) - RAy
(1.946 ft)
Sistema. Ingles (lbm
*ft /s2)
Sistema Ingles. (lbm *
in/ s2)
Sistema Internacional
(N)
∑Fy= RAy +RBy= 2,964.50 35,573.97 409.97
∑MA= RBy= -961.86 -11,542.30 -133.02
∑MB= RAy= 2,007.00 24,083.96 277.55
TABLA 10. RESULTADOS DE VALOR DE LAS RESISTENCIAS EN EL CASO 1
73
Tabulación de cálculo de cargas conversiones:
Carga Elemento Masa (lb) Masa (kg) Carga (lbft/s2) Carga (N)
P1 Cilindro 1 4.66 2.11 149.91 20.74
P2 Cilindro 2 2.21 1.00 71.10 9.83
P3 Pza Hex. 5.13 2.33 165.03 22.83
P4 Tubo 2.02 0.92 65.05 9.00
P5 Pistón 12.53 5.68 403.12 55.76
P6 Tubo Agarre 2.02 0.92 64.98 8.99
Tabla 11 Masas y cargas del soporte. Fuente: Propia
Distancias entre apoyos
Reacción RAy
(in) Reacción RBY ft Reacción RAy Reacción RBY
P1 3.51 26.87 P1 0.29 2.23
P2 1.86 25.2 P2 0.16 2.10
P3 0.34 23.7 P3 0.03 1.98
P4 12.77 10.59 P4 1.06 0.88
P5 13.79 9.57 P5 1.15 0.80
P6 23.36 0 P6 1.95 0.00
RAY 0 23.36 RAY 0.00 1.946
RBY 23.36 0 RBY 1.95 0.00
Tabla 12. Distancias entre apoyos
Fuente: Propia
2. CASO 2. Cálculos pistón desplazado a 10.51”
Se ha depositado media parte de la carrera total del cilindro con liquido hidráulico, desplazando
10.51” al embolo y moviendo el punto donde se concentraba anteriormente la carga P5.
74
.
Figura 47. Caso 2 Pistón desplazado a 10.51”
Fuente: Propia
Datos: P1 = 149.91 lbm ft /s
2 P2 = 71.10 lbm ft /s
2
P3 = 165.03 lbm ft /s2 PL (Liquido hidráulico) 61 lbs = 1,962.37 lbm ft /s
2
P4 = 147.98 lbm ft /s2 P5 = 403.12 lbm ft /s
2
P6 = 64.98 lbm ft /s2
+ ↑ ∑ Fy = 0
= -P1 – P2 - P3 – P1 - P4 - P5 - P6 + RAy + RBy
Sustituyendo:
= RAy + RBy = 2,964.50 lbm ft / s
2= 409.97 N
Carga máxima a resistir 2,964.50 lbm ft / s
2
∑+ MA = 0 = + (P1 *0.29 ft) + (P2 * 0.16 ft) + (P3 * 0.03 ft) – (P4 * 1.06 ft) – (P5 * 13.89) - (P6 * 1.95) +
RBy (1.95 ft) – (PL * 5.25 ft) – (P5 * 1.46 ft)
Obteniendo la suma de los momentos en B:
+∑ MB = 0
75
= + (P1 * 2.23 ft) + (P2 * 2.10 ft) + (P3 * 1.98 ft) – (P4 * 0.88 ft) – (PL * 1.51 ft) – (P5
*0.002ft) - RAy (1.946 ft)
Sistema. Ingles (lbm *ft
/s2)
Sistema Ingles. (lbm *
in/ s2)
Sistema Internacional
(N)
∑Fy= RAy +RBy= 2,964.50 35,573.97 409.97
∑MA= RBy= -961.86 -11,542.30 -133.02
∑MB= RAy= 2,007.00 24,083.96 277.55
Tabla 13. Determinación de cargas
Fuente: Propia
Tabulación de cálculo de cargas conversiones:
Carga Elemento Masa (lb) Masa (kg) Carga (lbft/s2) Carga (N)
P1 Cilindro 1 4.66 2.11 149.91 20.74
P2 Cilindro 2 2.21 1.00 71.10 9.83
P3 Pza Hex. 5.13 2.33 165.03 22.83
PL Líquido Hidráulico/
varios 61.00 27.67 1,962.37 271.44
P4 Tubo 4.60 2.09 147.98 20.47
P5 Pistón 12.53 5.68 403.12 55.76
P6 Tubo Agarre 2.02 0.92 64.98 8.99
Tabla 14. Valor de cargas a 10.51” del émbolo desplazado.
Fuente: Propia
76
Tabla 15. Distancia entre resistencias Fuente: Propia
*Debido al movimiento de la carga 5, el brazo de palanca de la misma respecto a las dos
resistencias va a ser modificado.
*Al mismo tiempo, surgirá una nueva carga provocada por el líquido hidráulico depositado al mover
10.51" el émbolo
3. Cálculos pistón desplazado al total de la carrera 21”. El embolo de encuentra desplazado totalmente y el tubo ha sido lleno en su totalidad por el liquido hidráulico. Diagrama de cuerpo libre Caso 3.
Distancia entre resistencias
IN RAy ( RBY ft RAy RBY
P1 3.51 26.87 P1 0.2925 2.23917
P2 1.86 25.2 P2 0.155 2.1
P3 0.34 23.7 P3 0.028333 1.975
PL 5.25 18.14 PL 0.4375 1.51167
P4 12.77 10.59 P4 1.064167 0.8825
P5 23.5 0.03 P5 1.958333 0.0025
P6 23.36 0 P6 1.946667 0
RAY 0 23.36 RAY 0 1.94667
RBY 23.36 0 RBY 1.946667 0
77
Las únicas cargas que varían son:
Figura 48. Caso 2 Pistón desplazado en toda su carrera.
Fuente: Propia
Distancia entre RAy - RBy con respecto a P5.
Magnitud de PL = 122 lb = 3,924 lbft/s
2
+ ↑ ∑ Fy = 0
= -P1 + P2 + P3 + P1 + P4 + P5 + P6 = RAy + RBy
Sustituyendo:
= RAy + RBy = 4,926.87 lbm ft2 / s
2 = 681.3 N
Carga máxima a resistir = 4,926.87 lbm ft/s2 N
∑ + MA = 0
= + (P1 *X1) + (P2 * X2) + (P3 * X3) – (PL * 0.875 ft) – (P4 * X4) - (P5 * X5) - (P6 * X6)+
RBy (1.946 ft)
Obteniendo la suma de los momentos en B:
+∑ MB = 0
78
Sistema. Ingles (lbm
*ft /s2)
Sistema Ingles. (lbm *
in/ s2)
Sistema Internacional
(N)
∑Fy= RAy +RBy= 4,926.87 59122.41 681.35
∑MA= RBy= -2,473.74 -29684.85 -342.10
∑MB= RAy= 2,453.59 29443.05 339.31
Tabla 16. Determinación de cargas
Fuente: Propia
Carga Elemento Masa (lb) Masa (kg) Carga (lbft/s2) Carga (N)
P1 Cilindro 1 1,740.60 789.53 55,995.10 7,745.30
P2 Cilindro 2 1,160.40 526.35 37,330.07 5,163.53
P3 Pza Hex. 1,450.50 657.94 46,662.59 6,454.42
PL Líquido Hidráulico/
varios 1,470.00 666.79 47,289.90 6,541.19
P4 Tubo 5,076.75 2,302.80 163,319.05 22,590.46
P5 Pistón 3,626.25 1,644.86 116,656.46 16,136.04
P6 Tubo Agarre 1,450.50 657.94 46,662.59 6,454.42
Tabla 17. Valor de cargas con el pistón desplazado a 10.51”
Fuente: Propia
79
Distancia entre resistencias
IN RAy RBY ft RAy RBY
P1 3.51 26.87 P1 0.2925 2.23916667
P2 1.86 25.2 P2 0.155 2.1
P3 0.34 23.7 P3 0.02833333 1.975
PL 10.5 12.86 PL 0.875 1.07166667
P4 12.77 10.59 P4 1.06416667 0.8825
P5 34.44 11.05 P5 2.87 0.92083333
P6 23.36 0 P6 1.94666667 0
RAY 0 23.36 RAY 0 1.94666667
RBY 23.36 0 RBY 1.94666667 0
Tabla 18. Distancia entre resistencias Fuente: Propia
*Debido al movimiento de la carga 5, el brazo de palanca de la misma respecto a las dos
resistencias va a ser modificado.
*Al mismo tiempo, la carga del líquido hidráulico será la máxima.
Una vez obtenidas las cargas en los tres diferentes momentos es posible continuar con la etapa de
ideas e invención, tomando como base las características principales de los soportes ya que estos
deberán ser capaces de soportar estas cargas deformándose y esforzándose al mínimo.
80
Capítulo IV. Propuesta de diseño y mejora de la herramienta.
4.1 Propuesta.
Una vez que se ha conocido detalladamente el funcionamiento, características número de piezas y
condiciones a las que se enfrentará el actual soporte CHA1542-0115 enfatizado en la etapa 4 del
diseño en ingeniería, el siguiente paso es en donde realmente se aplica el ingenio para resolver la
problemática principal, motivo por el cual se inicia la Etapa 5.
Etapa 5. Ideas e invención.
Para proponer la mejora y novedad del producto es necesario retomar los objetivos citados dentro
de este proyecto y relacionarlos con los cálculos y resultados que se han obtenido en la etapa 5.
Ahora bien, ya que se tiene este punto, se decidió por formar una lluvia de ideas para alcanzar
dicho soporte. He aquí los resultados en la figura 48.
Figura 49 Lluvia de ideas sobre la generación de conceptos para solución del problema
Fuente: Propia
81
Antes de continuar, es fundamental mencionar el objetivo principal de esta investigación para ir
aterrizando en base a las propuestas de optimización del soporte:
Mejorar el diseño, las variables geométricas, capacidades de carga y las propiedades
físicas del soporte con número de parte CHA1542-0115.
Meta y función de servicio
(objetivos específicos)
Valor
numérico Conceptos
Mejorar el diseño
(Propiedades físicas)
No aplica
I. Proponer formas diferentes, más llamativas.
(Ver Fig. 49)
II. Agregar una escala que mida el
desplazamiento.(Ver Fig. 50)
III. Agregar un riel movible que sirva como guía
del movimiento del émbolo.(Ver Fig. 51)
Mejorar variables
geométricas (Propiedades
básicas)
Longitud
actual
55.5”Ancho
actual: 10.55”
IV Disminuir (si es posible) y factible las
dimensiones del soporte.
Mejorar la masa neta del
soporte y realizar un
soporte más ligero
(Selección de materiales)
Masa actual
del soporte:
541 lbs
V Utilizar materiales con densidades menores.
VI Mantener partes “huecas” y aligeramientos en
la base del soporte.(Ver Fig. 52)
VIII Utilizar menor cantidad de material en cada
una de las partes que componen al soporte
Normatividad vigente No Aplica
IX Seleccionar materiales que cumplan
normatividad de materiales, así como presentar
los diseños en base a normas internacionales de
dibujo técnico
Tabla 17. Conceptos generados para propuesta de mejora.
Fuente Propia
82
Figura 50. Ideas generadas para optimizar el elemento de Soporte Principal.
Fuente: propia
Figura 51. Propuestas para optimizar el elemento de Soporte secundario dentro del Soporte de actuadorFuente: Propia
1
2
3
4
5
6
1
2
4
3
7
8
6
5
9
83
Figura 52 Descripción a mano alzada de la incorporación de escala y riel movible dentro de la optimización de soporte.
Fuente: Propia
Figura 53 Propuestas para disminuir masa a la base del soporte.
Fuente: Propia
Debido a que no hay que entrar de manera tan detallada en la propuesta para la base del soporte,
se optó por realizar el diseño de la misma en Pro Engineer de manera directa.
84
Figura 53-1. Base del soporte
Fuente. Pro - Engineer
85
Etapa 6. Análisis Posteriormente de haber generado los conceptos sobre como optimizar algunos parámetros del
soporte de actuador, se procede a evaluar cada una de las opciones, empezando principalmente a
reducir el número de posibles opciones a través de una matriz de selección.
Concepto Factible Probable Poco
Factible Observaciones
I.- Proponer formas diferentes,
más llamativas X
La prioridad del soporte es
cargar al actuador.
II. Agregar una escala que mida
el desplazamiento X
Al agregar una escala, se puede
medir detalladamente el
desplazamiento del actuador.
III. Agregar un riel movible que
sirva como guía del movimiento
del émbolo
X
Puede implicar agregar más
material = más peso.
IV Disminuir (si es posible y
factible las dimensiones del
soporte.
X
El soporte depende de la medida
del actuador, por lo que no sería
tan factible hacer un SOPORTE
más pequeño.
V Utilizar materiales con
densidades menores X
Se reduce la masa del soporte,
definir si el material con menor
densidad, soporta la carga
VI Mantener partes “huecas” y
aligeramientos en la base del
soporte
X
Al agregar aligeramientos, se
reduce la masa. Evitar hacer
exceso de aligeramientos, ya que
implicaría menor resistencia.
VIII Utilizar menor cantidad de
material en cada una de las
partes que componen al soporte
X
Algunos componentes del
soporte son fundamentales para
su funcionamiento
IX Seleccionar materiales que
cumplan normatividad de
materiales, diseños en base a
normas internacionales de dibujo
técnico
X
Revisar las fichas técnicas con
las cuales son producidos los
materiales. Presentar los dibujos
normalizados.
Tabla 18. Matriz de evaluación de conceptos.
Fuente: Propia
86
Ahora bien, de los dibujos generados en la tabla 19 se seleccionarán tres (si es el caso) para
obtener los cálculos de cada opción y determinar la mejor alternativa. Debido a que se continúa en
la etapa 6 del DISEÑO en Ingeniería, es necesario aplicar la metodología que implica realizar un
análisis, por tal motivo se emplearán el procedimiento que abarca hacer un análisis como se
muestra a continuación:
Definición del problema. Mejorar variables físicas del actuador de reversa, tanto como
mejorar resistencia y reducir masa del soporte.
Diagramas. Se hicieron los diagramas de cuerpo libre en tres casos para obtener el valor
de la carga que deberán soportar cada resistencia, tanto como RAy, así como RBy.
**Supuestos. Entre menos material se coloque, más ligero será el soporte así como
dependiendo de los materiales que se decida colocar su tendencia de resistencia mejorará.
El material con Acero será más resistente. El soporte principal será el elemento que tendrá
que soportar más esfuerzo cuando el actuador se encuentre en reposo, mientras que el
soporte secundario será el elemento crítico al momento que el actuador esté desplazado al
100%.
Cálculos. Con apoyo del software Pro-Engineer, se sometieron a los diferentes tres casos,
tres opciones con la finalidad de encontrar el más factible de acuerdo a su función.
Cálculos Base Principal Propuesta Con la forma propuesta anteriormente y en apoyo del software Pro Engineer, se tiene un volumen
actual de 1299.52 in3 que al multiplicarlo por la densidad del Acero 4140 que es el que se propone
debido a que este elemento es el que carga al resto de los demás y es la base para que los dem
(0.284 lb/in3) Se tiene un resultado de masa final de 369.063 lbs
Cálculos Soporte Principal Actual y Propuesto El soporte principal debe resistir la carga obtenida con la sumatoria de momentos en los tres casos,
es decir un valor de 7,777.16 lbm in/s2, 24,083 lbm in/s
2 y 29,433 lbm in/s
2 respectivamente. Los
cálculos y resultados del SOPORTE ACTUAL para el SOPORTE PRINCIPAL en los tres casos,
fueron los siguientes.
NOTA: Las figuras presentadas del lado izquierdo muestran la zona de deformación máxima,
mientras que las del lado derecho se refieren a los esfuerzos distribuidos en la figura.
87
Figura 54. Soporte principal AISI 1045, Cargas Caso 1 (Pistón en reposo)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 55. Soporte principal AISI 1045, Cargas Caso 2 (Pistón a 10.5”)
Fuente: Pro-Engineer
88
Figura 55. Soporte principal AISI 1045, Cargas Caso 3 (Pistón a 21””)
Fuente: Pro-Engineer
Sin embargo, dentro del diseño en ingeniería es fundamental considerar un FACTOR DE
SERGURIDAD, con motivo de evitar que el producto diseñado tenga que lidiar con la palabra
FALLA. Por este motivo es que se optó por diseñar el soporte con un factor de 15%, la razón es
porque no existe tanto riesgo de que la carga a la cual será sometido el soporte aumente en
exceso, además de que el soporte y cada uno de sus componentes estarán en condiciones de
estática durante todo su desempeño. Finalmente un aumento excesivo de factor de seguridad
implica mayor costo y mayor material.
NOTA: Los valores de las cargas bajo las cuales se realizaron los cálculos se encuentran en las
tablas anteriores dentro de la columna FS.
Se optó por escoger tres opciones de las dibujadas a mano alzada en la figura 4.2-A, para
seleccionar la mejor alternativa, quedando las siguientes:
OPCION 1 OPCIÓN 2 OPCIÓN 3
Figura. 56 Opciones seleccionadas a evaluar. Fuente: Propia
3 8 9
89
Dentro de la metodología planteada se estableció la propuesta de diferentes materiales para
observar su comportamiento. Los materiales que se están proponiendo son los siguientes:
ALUMINIO 6061
ACERO AISI 4140. La razón por la que se decidió escoger estas dos aleaciones es para comprar y observar las
diferencias que existe al utilizar aleaciones ferrosas y no ferrosas, además de que ambos son los
más empleados dentro del sector industrial. Al cargar la información, propiedades y materiales
dentro del software Pro-Engineer se obtuvieron las siguientes figuras:
Tomando en cuenta el factor de seguridad de 15%, las cargas totales a las que serán sometidas las tres propuestas serán:
RESISTENCIA CASO 1 (lbmft/s2) CASO 2(lbmft/s2) CASO 3(lbmft/s2)
RBy= -4,875.44 -13,273.65 -34,137.57
RAy= 8,943.73 27,696.55 33,859.50
Para la propuesta 1:
Figura 57. Soporte principal AL 6061, Cargas Caso 1 (Pistón en reposo)
Fuente: Pro-Engineer
90
Figura 58. Soporte principal AL 6061, Cargas Caso 2 (Pistón a 10.51”)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 59. Soporte principal AL 6061, Cargas Caso 3 (Pistón a 21”)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 60. Soporte principal AISI 4140, Cargas Caso 1 (Pistón en reposo)
Fuente: Pro-Engineer
91
Figura 61. Soporte principal AISI 4140, Cargas Caso 2 (Pistón a 10.51”)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 62. Soporte principal AISI 4140, Cargas Caso 3 (Pistón a 21”)
Fuente: Pro-Engineer
Para la propuesta 2: En este caso, debido a que la propuesta 2, posee una barrera que servirá de apoyo para limitar el
desplazamiento del resto del actuador de reversa, se sometió a la carga de desplazamiento de 375
lb ft, dato el cual se obtuvo del manual CMM 78-32-43 página 105.
92
Figura 63. Soporte principal Al 6061, Cargas Caso 1 (Pistón en reposo)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 64. Soporte principal Al 6061, Cargas Caso 2 (Pistón a 10.51”)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 65. Soporte principal Al 6061, Cargas Caso 3 (Pistón a 21”)
Fuente: Pro-Engineer
93
Figura 66. Soporte principal AISI 4140, Cargas Caso 1 (Pistón en reposo)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 67. Soporte principal AISI 4140, Cargas Caso 2 (Pistón a 10.51”)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 68. Soporte principal AISI 4140, Cargas Caso 3 (Pistón a 21”)
Fuente: Pro-Engineer
Para la propuesta 3:
94
Figura 69. Soporte principal AL 6061, Cargas Caso 1 (Pistón en reposo)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 70. Soporte principal AL 6061, Cargas Caso 2 (Pistón a 10.51”)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 71. Soporte principal AL 6061, Cargas Caso 3 (Pistón a 21”)
Fuente: Pro-Engineer
95
Figura 72. Soporte principal AISI 4140, Cargas Caso 1 (Pistón en reposo)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 73. Soporte principal AISI 4140, Cargas Caso 2 (Pistón a 10.51”)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 74. Soporte principal AISI 4140, Cargas Caso 3 (Pistón a 21”)
Fuente: Pro-Engineer
96
Cálculos Soporte Secundario Actual y Propuestas.
El soporte secundario debe resistir la carga obtenida con la sumatoria de momentos en los tres
casos, es decir un valor de 4,239.51 lbm in/s2 para el CASO 1, 11,542.30 lbm in/s
2 para el CASO 2
y 29,684.85 lbm in/s2 respectivamente; Aplicando el factor de seguridad de 15%, el soporte
secundario se someterá a las cargas de -4,875.44 lbm in/s2, 13,273.65 lbm in/s
2 y -34,137.57 lbm
in/s2
De Igual forma, antes de mostrar los cálculos obtenidos con las propuestas es necesario
mostrar los resultados con la pieza actual que se tiene como soporte secundario:
Figura 75. Soporte secundario AISI 1045 Cargas Caso 1 (Pistón en reposo)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 76. Soporte secundario AISI 1045 Cargas Caso 2 (Pistón a 10.51”)
Fuente: Pro-Engineer
97
Figura 77. Soporte secundario AISI 1045 Cargas Caso 3 (Pistón a 21”)
Fuente: Pro-Engineer
Es importante resaltar en estos análisis de que debido a la forma del actuador de reversa que
soporte este componente es cilíndrica, la mayor carga de esfuerzo se observa perfectamente de
manera tangencial en donde coincide el círculo.
A partir de los dibujos seleccionados a partir de la figura 4.2-B, en base a la prioridad que se tiene
de tener una pieza con menor material posible y mayor resistencia, fueron las siguientes:
OPCIÓN1 OPCIÓN 2 OPCIÓN
3 Figura. 78 Opciones del soporte secundario a seleccionar.
Fuente Propia
De igual manera se sometieron a trabajar las tres opciones con materiales AISI 4140 y Al6061; Los
resultados que se obtuvieron fueron los siguientes:
Para la propuesta 1:
1 2 4
98
Figura 79. Soporte secundario AL 6061 Cargas Caso 1 (Pistón en reposo)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 80. Soporte secundario AL 6061 Cargas Caso 2 (Pistón a 10.51”)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 81. Soporte secundario AL 6061 Cargas Caso 3 (Pistón a 21”)
Fuente: Pro-Engineer
99
Figura 82. Soporte secundario AISI 4140 Cargas Caso 1 (Pistón en reposo)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 83. Soporte secundario AISI 4140 Cargas Caso 2 (Pistón a 10.51”)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 84. Soporte secundario AISI 4140 Cargas Caso 3 (Pistón A 21”)
Fuente: Pro-Engineer
Para la propuesta 2:
100
Figura 85. Soporte secundario AL 6061 Cargas Caso 1 (Pistón en reposo)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 86. Soporte secundario AL 6061 Cargas Caso 2 (Pistón A 10.51”)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 87. Soporte secundario AL 6061 Cargas Caso 3 (Pistón A 21”)
Fuente: Pro-Engineer
101
Figura 88. Soporte secundario AISI 4140 Cargas Caso 1 (Pistón en reposo)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 89. Soporte secundario AISI 4140 Cargas Caso 2 (Pistón a 10.51”)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 90. Soporte secundario AISI 4140 Cargas Caso 3 (Pistón A 21”)
Fuente: Pro-Engineer
Para la propuesta 3:
102
Figura 91. Soporte secundario AL 6061 Cargas Caso 1 (Pistón en reposo)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 92. Soporte secundario AL 6061 Cargas Caso 2 (Pistón a 10.51”)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 93. Soporte secundario AL 6061 Cargas Caso 3 (Pistón a 21”)
Fuente: Pro-Engineer
103
Figura 94. Soporte secundario AISI 4140 Cargas Caso 1 (Pistón en reposo)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 95. Soporte secundario AISI 4140 Cargas Caso 2 (Pistón a 10.51”)
Fuente: Pro-Engineer
Figura 96. Soporte secundario AISI 4140 Cargas Caso 3 (Pistón a 21”)
Fuente: Pro-Engineer
Verificación de la solución:
104
Una vez que se tienen todos los resultados para cada caso, en cada propuesta y en material 1045,
se resumieron los resultados en las siguientes tablas:
Analisis Ezfuerzo-Desplazamiento Soporte Actual
1045
Esfuerzo maximo (psi) : 8.19E+04
Desplazamiento Max (In) Esfuerzo Max (Psi)
Caso 1 Soporte Principal 1.62E-07 2.37E+01
Soporte Secundario 1.92E-06 1.29E+02
Caso 2 Soporte Principal 5.02E-07 7.36E+01
Soporte Secundario 5.21E-06 3.51E+02
Caso 3 Soporte Principal 6.14E-04 8.99E+01
Soporte Secundario 1.54E-05 1.04E+03
Tabla 20. Análisis Soporte Actual
Fuente: Pro- Engineer
Para el caso del Soporte actual elaborado con un material AISI 1045, se observa que el esfuerzo
máximo lo cargará el soporte secundario cuando el actuador se haya extendido al 100% en el total
de su carrera (21.025”), con un valor de 1.04 e3 psi.
En resumen, es necesario analizar el comportamiento de otros materiales en diferentes formas
para compararlos con los resultados actuales obtenidos. Posteriormente, se muestra una tabla con
los resultados obtenidos de cada propuesta, tanto con Aluminio 6061 así como con Acero 4140.
Tabla 21. Análisis Soporte Actual Caso 1
Fuente: Pro- Engineer
105
Tabla 22. Análisis Soporte Actual Caso 2
Fuente: Pro- Engineer
Conclusión de resultados obtenidos
Debido al modelo matemático = F / A en donde F = Fuerza y A = Área, se comprueba que para
las propuestas que tengan mayor superficie de contacto con el elemento del actuador a soportar,
menor será su esfuerzo máximo, ya que todas las cargas se distribuyen de manera más equitativa
sobre la superficie de contacto. El ejemplo más claro se encuentra en el soporte secundario en la
Propuesta 1; Debido a que esta propuesta posee la forma del elemento a soportar, toda su carga
se concentra sobre la superficie de contacto, lo que da como resultado un menor esfuerzo máximo.
Es claro que al utilizar una aleación ferrosa como el Acero 4140, la deformación presentada
máxima en las piezas del soporte, debido a que su esfuerzo de cedencia es mayor que el del
Aluminio, en donde la deformación es un poco mayor. Debido a que en este caso la prioridad es
que los elementos trabajen de manera segura, desde el punto de vista ingenieril, se propone
utilizar en su mayoría aleaciones ferrosas.
Por lo que con los resultados mostrados en las tablas anteriores, la propuesta número uno, para el
soporte secundario, es la más eficiente que mejora los actuales valores de esfuerzo y deformación
presentadas respecto a los originales, generando como esfuerzo mínimo en el caso uno 3.29 e0
psi contra 1.29 e2 psi.
106
Sin embargo, se detecta que para el soporte principal, los resultados son un poco engañosos y es
complicado definir la propuesta más eficaz, ya que en el caso dos y tres la propuesta uno resulta
ser la más eficiente, mientras que en el caso uno la propuesta es quien se comporta de una mejor
manera; por lo que provisionalmente se opta por seleccionar a la propuesta uno como la más ideal.
A pesar de esto, ninguno de los tres resultados de las tres propuestas resulta ser más efectivo que
el soporte secundario actual, ya que el valor de esfuerzo mínimo al que es sometido esta pieza es
de 2.37 e1 psi; Mientras que utilizando la propuesta 1 se tiene un valor de esfuerzo mínimo en el
caso uno de 3.63 e1 psi existiendo una ligera diferencia. Las diferencias no son muy considerables,
tomando en cuenta que la propuesta uno tiene una gran reducción de material (lo que da como
resultado una reducción en su masa) y que además se está aplicando el factor de seguridad;
Motivo por el cual se opta parcialmente por seleccionar esta pieza como la nueva propuesta a
tomar.
A partir de estos resultados, una selección previa acorde a la capacidad de carga y esfuerzo
máximo quedaría definida de la siguiente manera:
Soporte Principal: Propuesta 1 con acero 4140.
Soporte Secundario: Propuesta 1 fabricada con Acero 4140.
Base Principal: Realizada con aligeramientos, material Acero 4140
Riel y Guía: Aluminio 6061
Topes y tornillo indicador: Descartados.
Cabe mencionar esta es sólo una selección previa en base a las magnitudes de valores obtenidos,
por lo que se procede a realizar un análisis de costos para determinar la mejor alternativa en
eficiencia y precio.
Etapa 7. Selección y Normalizado
Normas y especificaciones utilizadas para materiales seleccionados
Es importante mencionar que los materiales utilizados para cada componente del soporte de
actuador de reversa, tienen que cumplir con las normas o especificaciones internacionales con las
que se fabrican los mismos desde el molino productor, a continuación se muestran las
107
especificaciones y normas para cada material, regidas por la asociación de materiales ASTM ó en
español Sección Americana de la Asociación Internacional de Pruebas de Materiales.
Para Aluminio 6061, sus propiedades mecánicas y detalles pueden mencionarse en diversas
normas:
AMS 4117
ASTM B209
ASTM B210
ASTM B361
MIL A-12545
MIL A-22771
QQ A-200/16
QQ A-200/8
QQ A-225/8 Sin embargo, cada norma abarca pequeñas variaciones acorde la aplicación final que tendrá el
elemento a maquinar. En este caso, la norma que se utilizará cumpla el Aluminio será la ASTM
B209, debido a que las AMS generalmente es para estructuras aeroespaciales, MIL aplicaciones
militares.
ASTM B209. Esta especificación cubre las barras extruidas, varillas, alambres, perfiles y tubos de
aleaciones de aluminio y aluminio. Todos los productos deben ser producidos por extrusión en
caliente o métodos similares.
La composición química de cada material se determina de acuerdo con el producto químico
especificado adecuado y los métodos de ensayo espectro químico. Las muestras para los análisis
químicos se deben tomar cuando se vierten los lingotes o de los productos acabados o
semiacabados, mediante la perforación, serrado, fresado, torneado, o el recorte. Las propiedades
de tensión, elongación y fuerzas de rendimiento de cada producto deben cumplir con los requisitos
que figuran en este documento.
Para el Acero 4140 existen las siguientes normas y especificaciones: ASTM A547, ASTM A646, SA J404, SAE J770, UNS G41400. Debido a que el acero 4140 es un acero más estándar, no existen tantas normas que rijan sus
propiedades mecánicas, por lo que se optó por seleccionar la especificación ASTM A547. Esta
especificación se refiere a los requisitos de la norma para la aleación de acero de primera calidad
108
floraciones semiacabados laminados o forjados y palanquillas para reforjar en aviones y
componentes aeroespaciales, críticos, tales como piezas de forja del tren de aterrizaje.
Cubierto aquí hay tres clasificaciones básicas de acero, a saber: Clase I, de acero fabricados por la
fusión de inducción al vacío o consumibles electrodos proceso de vacío de fusión, Clase II, con aire
acero fundido al vacío, fabricado por horno eléctrico de desgasificación proceso; Clase III, con aire
acero fundido fabricado por horno eléctrico de refinación cuchara y procesos de desgasificación al
vacío. Materiales de acero deberá ser tratada térmicamente y trabajado en caliente-por cualquiera
de laminación en caliente o forjado. El acero aleado que será examinado por el calor y los análisis
del producto y las pruebas de dureza, y se ajustarán a la composición química y un máximo de
recocido requisitos de dureza Brinell. Las pruebas de evaluación de la calidad, tales como
Macrotech, microlimpieza, y no destructivas de inspección ultrasónica (tanto en la inmersión y el
examen de contacto), se llevará a cabo también.
SELECCIÓN Y ANÁLISIS El objetivo principal es mejorar las propiedades de resistencia y capacidades de carga de cada uno
de los elementos. Las propuestas más efectivas que tuvieron resultados más benéficos fueron:
Para la Base principal: Se optará por elegir la única opción para ésta misma, la cual posee
aligeramientos y se elimina una parte de material en la parte central, obteniendo un perfil
en C como resultado en material 4140.
Acoplamiento de riel y guía. Se propuso y seleccionó la idea de agregar una guía y riel a la
base que sirva para medir el desplazamiento del émbolo al momento que se efectúe la
prueba.
Para el soporte Principal: Propuesta número uno con aleación 4140 y/o Aluminio 6061 Para el soporte Secundario: Propuesta 3 con Aluminio 6061 y/o Acero 4140.
I. Análisis de Costo para el soporte propuesto:
De la misma manera las piezas deberán ser seleccionadas en cuanto al costo, ya que no sería
factible realizara si es costo es excesivamente alto, para lo cual se examinaron 3 proveedores de
Acero 4140 y 3 de aluminio 6061, así como tres proveedores para el maquinado de las piezas de
las cuales solo se selecciono una de ellos en base a sus cotos y a las facilidades de pago que
109
otorga con un crédito a 30 días, razón por la cual decidió maquinarse con este proveedor y no con
las otras 2 opciones que solo otorgan pago a 15 días o contra mercancía entregada.
Los proveedores son:
Proveedores Acero Proveedores Aluminio
Carpenter Aceros Fortuna Carpenter Aceros Fortuna
Valbruna Comercializadora Famex
Villacero Alupanel México
Proveedor Maquinados
Maquinados CNC de México
Talleres Dual
Maquinas Querétaro
Tabla 25 Proveedores de Acero y Aluminio
Fuente: Investigación de proveedores de Acero y Aluminio
Para la Base Principal:
Se propone utilizar acero 4140, en base a corte de unas placas. Se decide utilizar acero para este
componente para mantener su rigidez ya que es en esta donde descansan y trabaja cada
elemento.
Es complicado conseguir un Perfil en C estándar con las medidas que establece la base del
soporte, por lo que se procederá a realizar este elemento en base a una placa de dimensiones
55.625” x 3.25” x 10.25”
Análisis de Costos para la base Principal. Todos los precios mostrados en las tablas son en Pesos Mexicanos. Cotización de solera y maquinado con los diversos proveedores, el cual se realiza tomando como
base la masa de pieza a fabricar y las cotizaciones de maquinado proporcionados por el proveedor.
Acero 4140 Base (72.640 Kg)
Proveedor Costo por Kg Estándar Maquinado Costo total
Carpenter Aceros Fortuna $ 109.07 $ 7,922.84 $ 31,691.38 $ 39,614.22
Valbruna $ 118.17 $ 8,583.87 $ 34,335.48 $ 42,919.34
Villacero $ 116.74 $ 8,479.99 $ 33,919.97 $ 42,399.97
Tabla 26 Cotización de Base en Acero 4140
Fuente: Costos Investigados con los proveedores mencionados.
110
Aluminio 6061 Base (52.210 Kg)
Proveedor Costo por Kg Estándar Maquinado Costo total
Carpenter Aceros Fortuna $ 148.33 $ 7,744.31 $ 32,526.10 $ 40,270.41
Comercializadora Famex $ 160.42 $ 8,375.53 $ 35,177.22 $ 43,552.75
Alupanel México $ 152.88 $ 7,981.86 $ 33,523.83 $ 41,505.70
Tabla 27 Cotización de Base en Aluminio 6061
Fuente: Costos Investigados con los proveedores mencionados.
Por costo se propone utilizar el Acero 4140 con el proveedor Carpenter – Aceros Fortuna SA de
CV, ya que nos ofrece el precio más barato en materia prima y el maquinado se llevara a cabo
como ya se había mencionado con Maquinados Querétaro.
Costo Total Base
Proveedor Acero 4140 Aluminio 6160 Proveedor
Carpenter Aceros Fortuna $ 39,614.22 $ 40,270.41 Carpenter Aceros Fortuna
Valbruna $ 42,919.34 $ 43,552.75 Comercializadora Famex
Villacero $ 42,399.97 $ 41,505.70 Alupanel México
Tabla 28 Costo total y comparativo.
Fuente: Costos Investigados con los proveedores mencionados.
Para el soporte principal:
En este caso es conveniente realizar un análisis de costo tanto para Acero 4140, como para
Aluminio 6061. Para que los elementos se vuelvan más efectivos, se optará por maquinar cada
componente de una sola pieza y evitar uniones entre éstos mismos.
Se cotizará una solera de las siguientes dimensiones:
Para el Soporte principal Opción 3: Se cotizarán soleras tanto para Aluminio 6061, como para
Acero 4140 en las siguientes dimensiones: una pieza de 2.5625”x 5.75” x 6.25” (26 lb para acero
4140 y 9 lb Al6061) para parte superior e inferior del elemento.
Análisis de Costos para el Soporte Principal. Se cotizo nuevamente por los tres proveedores de solera y del proveedor preseleccionado de
maquinado, obteniéndose los siguientes tabuladores.
111
Acero 4140 Soporte Principal (11.804 Kg)
Proveedor Costo por Kg Estándar Maquinado Costo total
Carpenter Aceros Fortuna $ 111.93 $ 1,321.22 $ 5,284.89 $ 6,606.11
Valbruna $ 121.42 $ 1,433.24 $ 5,732.97 $ 7,166.21
Villacero $ 114.14 $ 1,347.31 $ 5,389.23 $ 6,736.54
Tabla 29Cotización del soporte principal en acero 4140
Fuente: Costos Investigados con los proveedores mencionados.
Aluminio 6061 Soporte Principal (4.086 Kg)
Proveedor Costo por Kg Estándar Maquinado Costo total
Carpenter Aceros Fortuna $ 148.33 $ 606.08 $ 2,545.52 $ 3,151.60
Comercializadora Famex $ 160.42 $ 655.48 $ 2,753.00 $ 3,408.48
Alupanel México $ 152.88 $ 624.67 $ 2,623.60 $ 3,248.27
Tabla 30 Cotización del soporte principal en aluminio 6061
Fuente: Costos Investigados con los proveedores mencionados.
Con base en los costos totales que representaría fabricar dicha pieza se propone utilizar como
material Aluminio 6160, ya que es más barato dado que la masa es menor.
Costo Total Soporte Principal
Proveedor Acero 4140 Aluminio 6160 Proveedor
Carpenter Aceros Fortuna $ 6,606.11 $ 3,151.60 Carpenter Aceros Fortuna
Valbruna $ 7,166.21 $ 3,408.48 Comercializadora Famex
Villacero $ 6,736.54 $ 3,248.27 Alupanel México
Tabla 31 Costo total y comparativo.
Fuente: Costos Investigados con los proveedores mencionados.
Para el Soporte Secundario: De igual manera se analizará el costo para ambos materiales en las siguientes dimensiones:
Una pieza de 1.85” x 4.75” x 6.00” (16 lbs para acero 4140 o 6 libras para Al6061) para la pieza
completa.
Análisis de Costos para el soporte secundario. El soporte secundario fue cotizado de igual manera para ambos material con 3 proveedores
diferentes dando como resultado del análisis los siguientes resultados.
112
Acero 4140 Soporte Secundario (7.264 Kg)
Proveedor Costo por Kg Estándar Maquinado Costo total
Carpenter Aceros Fortuna $ 109.07 $ 792.28 $ 3,169.14 $ 3,961.42
Valbruna $ 118.17 $ 858.39 $ 3,433.55 $ 4,291.93
Villacero $ 116.74 $ 848.00 $ 3,392.00 $ 4,240.00
Tabla 32Cotización del soporte secundario en acero 4140
Fuente: Costos Investigados con los proveedores mencionados.
Aluminio 6061 Soporte Secundario (2.724 Kg)
Proveedor Costo por Kg Estándar Maquinado Costo total
Carpenter Aceros Fortuna $ 148.33 $ 404.05 $ 1,697.01 $ 2,101.06
Comercializadora Famex $ 160.42 $ 436.98 $ 1,835.33 $ 2,272.32
Alupanel México $ 152.88 $ 416.45 $ 1,749.07 $ 2,165.51
Tabla 33 Cotización del soporte principal en aluminio 6061
Fuente: Costos Investigados con los proveedores mencionados.
Con base en el proveedor que otorga un precio menor se utilizara el Aluminio 6061 para la
fabricación esta pieza ya que comparando es el material que nos sale mas económico comprar.
Costo Total Soporte Secundario
Proveedor Acero 4140 Aluminio 6160 Proveedor
Carpenter Aceros Fortuna $ 3,961.42 $ 2,101.06 Carpenter Aceros Fortuna
Valbruna $ 4,291.93 $ 2,272.32 Comercializadora Famex
Villacero $ 4,240.00 $ 2,165.51 Alupanel México
Tabla 34 Costo total y comparativo.
Fuente: Costos Investigados con los proveedores mencionados.
Para el Indicador y la guía: Para el caso del indicador y la guía se están conjuntados dado que no son piezas con un grado alto
de importancia y su fabricación aunque necesaria puede considerarse secundaria, para ambas
piezas se realizaron los análisis de costos bajo la misma metodología anterior, como se muestra a
continuación:
113
Acero 4140 Guía (4.327 Kg)
Proveedor Costo por Kg Estándar Maquinado Costo total
Carpenter Aceros Fortuna $ 109.07 $ 471.95 $ 1,887.78 $ 2,359.73
Valbruna $ 118.17 $ 511.32 $ 2,045.29 $ 2,556.61
Villacero $ 116.74 $ 505.13 $ 2,020.54 $ 2,525.67
Tabla 35 Cotización de la guía en acero 4140
Fuente: Costos Investigados con los proveedores mencionados.
Aluminio 6061 Guía(1.489 Kg)
Proveedor Costo por Kg Estándar Maquinado Costo total
Carpenter Aceros Fortuna $ 148.33 $ 220.86 $ 927.63 $ 1,148.49
Comercializadora Famex $ 160.42 $ 238.87 $ 1,003.23 $ 1,242.10
Alupanel México $ 152.88 $ 227.64 $ 956.08 $ 1,183.72
Tabla 36 Cotización de la guía en aluminio 6160
Fuente: Costos Investigados con los proveedores mencionados.
Una vez analizados ambos materiales para el caso de la guía la mejor opción dado los costos es la
fabricación de esta en Aluminio 6061.
Costo Total Guía
Proveedor Acero 4140 Aluminio 6160 Proveedor
Carpenter Aceros Fortuna $ 2,359.73 $ 1,148.49 Carpenter Aceros Fortuna
Valbruna $ 2,556.61 $ 1,242.10 Comercializadora Famex
Villacero $ 2,525.67 $ 1,183.72 Alupanel México
Tabla 37Costo total y Comparativo
Fuente: Costos Investigados con los proveedores mencionados.
Para el análisis del indicador, se toma en cuenta que es pieza pequeña y sumamente necesario
para el nuevo diseño del soporte, igualmente se realiza el análisis de costos con los siguientes
resultados:
Acero 4140 Indicador (1.362 Kg)
Proveedor Costo por Kg Estándar Maquinado Costo total
Carpenter Aceros Fortuna $ 109.07 $ 148.55 $ 594.21 $ 742.77
Valbruna $ 118.17 $ 160.95 $ 643.79 $ 804.74
Villacero $ 116.74 $ 159.00 $ 636.00 $ 795.00
114
Tabla 38 Cotización del indicador en acero 4140
Fuente: Costos Investigados con los proveedores mencionados.
Aluminio 6061 Indicador (0.454 Kg)
Proveedor Costo por Kg Estándar Maquinado Costo total
Carpenter Aceros Fortuna $ 148.33 $ 67.34 $ 282.84 $ 350.18
Comercializadora Famex $ 160.42 $ 72.83 $ 305.89 $ 378.72
Alupanel México $ 152.88 $ 69.41 $ 291.51 $ 360.92
Tabla 39 Cotización del indicador 6160
Fuente: Costos Investigados con los proveedores mencionados.
Por lo tanto y como se puede observar en las tabulaciones anteriores, el material indicado para
fabricar dicha pieza es aluminio 6061 el cual representa un menor costo.
Costo Total Indicador
Proveedor Acero 4140 Aluminio 6160 Proveedor
Carpenter Aceros Fortuna $ 742.77 $ 350.18 Carpenter Aceros Fortuna
Valbruna $ 804.74 $ 378.72 Comercializadora Famex
Villacero $ 795.00 $ 360.92 Alupanel México
Tabla 40Costo total y Comparativo
Fuente: Costos Investigados con los proveedores mencionados.
Una vez concluidos todos los análisis de cada una de las piezas se prosigue comparando los
costos totales de fabricación tomando dos bases de comparación, la primera es la arrojada por el
análisis de costos la cual esta comparada contra la requisición de las piezas mismas, podría
decirse que es el requerimiento ingenieril el cual contempla las piezas que se deforman menos y
sufren menor desplazamiento, esta propuesta significaría el modelo ideal de construcción del
soporte.
Sin embargo la realización de una nueva tecnología o de un nuevo implemento como es el caso del
soporte presentado, son factibles de realizar si los costos son muy altos, por dos razones, la
primera de ellas es que no se puede fabricar una idea por muy buena que sea si esta no dejara
lucro a quien la realiza y más aun si no es rentable para la empresa que lo fabrica, recordemos que
entre menos producción el precio sube mas.
Como podemos ver en la tabla los resultados de ambas propuestas son:
115
Pieza Propuesta
Presupuesto Costo
Propuesta ingenieril
Costo
Soporte Principal Aluminio 6061 $ 3,151.60 Acero 4140 $ 6,606.11
Soporte Secundario Aluminio 6061 $ 2,101.06 Aluminio 6061 $ 2,101.06
Base Acero 4140 $ 39,614.22 Acero 4140 $ 39,614.22
Indicador Aluminio 6061 $ 350.18 Aluminio 6061 $ 350.18
Guía Aluminio 6061 $ 1,148.49 Aluminio 6061 $ 1,148.49
Total $ 46,365.55 Total $ 49,820.06
Tabla 41Comparativo de propuestas
Fuente: Costos Investigados con los proveedores mencionados.
Finalmente realizando una comparación entre ambos precios la diferencia únicamente radica en la
pieza “Soporte principal” la cual será una de las unidades criticas de elaboración ya que sobre ella
descansan directamente las cargas presentadas anteriormente, la diferencia entre un costo y otro
es de solo el 6.93%.
Por lo tanto se deduce y dado la importancia que engloba dicha pieza que puede fabricarse con los
materiales solicitados por los cálculos realizados, ya que el 6.93% no es suficiente diferencia en
costo como para sacrificar calidad y eficiencia.
Por lo tanto se decide fabricar el soporte con los material requisitados por el análisis y con los
proveedores analizados que ofrecen los mejores precios en este caso Carpenter – Aceros Fortuna
SA de CV y para el maquinado de las piezas con Maquinados Querétaro SA de CV, que bien cabe
señalar son proveedores que venden y manufacturan aceros y aluminio de carácter aeronáutico.
Quedando el costo total de la siguiente manera, y proponiendo un porcentaje de utilidad sobre la
venta del soporte del 20% los cuales en primera instancia pretenderán cubrir gastos de
investigación, una vez desarrollada la tecnología el soporte podría bajar su precio, dependiente
íntimamente de la oferta – demanda de dicho producto en el mercado.
Proveedor Solera Carpenter – Aceros Fortuna SA de CV
Proveedor Maquinado Maquinados Querétaro
Costo total del soporte $ 49,820.06
20% Utilidad $ 9,964.01
Precio Publico(MXN) $ 59,784.08
Precio Publico(USD) $ 4,598.78
Tabla 42Decisión Final de Materiales
Fuente: Propia
116
4.2 Prototipo realizado con Pro/Engineer
Etapa 8. Diseño de Detalle
Una vez de haber definido las opciones y propuestas a utilizar, se procede a realizar el ensamble
mediante el software Pro Engineer y a continuación se muestran los dibujos definitivos de manera
detallada con sus respectivas cotas.
Además de todo eso, se muestra una tabla comparativa con los pesos anteriores
Elemento Material Masa (libras) Volumen (in3)
Base AISI 4140 371.66 1,299.52
Soporte principal AISI4140 3.70 12.93
Soporte secundario AISI4140 5.335 19.0204
RIEL Y GUIA AL6061 4.29 44.0391
TOTAL: 384.98 LIBRAS Logrando reducir reducir en un 28.22% la masa total del soporte CHA1542-0115.
117
Fig
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lanos isom
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124
*Etapa 9.-Prototipo y Pruebas.
Ver figuras y análisis realizados mediante Pro Engineer a las mejores propuestas definidas.
Con esto se cumple con la metodología del Diseño en Ingeniería, ejerciendo detalladamente cada
una de las etapas y obteniendo resultados de cada una de las etapas. El siguiente paso o etapa 10
es PRODUCCIÓN y EJECUCIÓN, sin embargo desde un principio se estableció que solamente se
iba a alcanzar la etapa 9, por lo que no se tocará este punto y se procederá a mostrar resultados
comparativos para obtener la conclusión final.
4.4 Descripción de la mejora y resultados comparativos
La propuesta de realizar un nuevo soporte elaborado en combinación de Acero 4140 con Aluminio
6061 presentó los siguientes resultados comparativos con respecto a lo que estaba buscando:
1.- MEJORAR EL DISEÑO
Las formas que se tienen poseen una forma más llamativa y se eliminó el concepto de que
el soporte secundario solamente trabajará de forma tangencial soportando a su elemento
de carga.
Se agregó una escala y un riel movible que apoyarán a observar el detalle del
desplazamiento del émbolo pulgada por pulgada.
Se descartaron piezas “sobrantes” como los topes y el tornillo indicador.
2.- MEJORAR VARIABLES GEOMÉTRICAS Y SOPORTE MÁS LIGERO
Masa actual del soporte actual: 535.205 libras.
Masa soporte propuesto: 384.98 libras.
3.- PROPONER EL USO DE DIFERENTES MATERIALES.
Se optó por realizar el componente de riel y guía por Aluminio 6061 y la base de acero,
como el soporte principal en 4140.
125
4.- MEJORAR PROPIEDADES DE CARGA DEL SOPORTE.
Deformación máxima en soporte principal actual: 6.14 e-4 in.
Esfuerzo mínimo en soporte principal actual 2.37 e1 psi
Deformación máxima en soporte secundario actual: 1.54 e-5in
Esfuerzo mínimo en soporte secundario actual: 1.04 e3
Deformación máxima en soporte principal propuesto: 1.16 e-5 in
o La pieza se deforma menos que la original
Esfuerzo mínimo en soporte principal propuesto 3.63 e1 psi
o Independientemente que la propuesta 1 se esfuerce más en pequeñas
proporciones comparadas con la original, se selecciona esta opción debido a su
reducción de material y masa.
Deformación máxima en soporte secundario propuesto: 1.92 e-7
Se observa una disminución considerable en la deformación máxima
Esfuerzo mínimo en soporte secundario propuesto: 2.27 e1 psi
o Al cargar la pieza con una forma más similar a la de la pieza, el esfuerzo será
mínimo, ya que las cargas se distribuyen a través de toda la pieza propuesta.
.
126
Conclusiones
El proceso de diseño en ingeniería es una metodología muy útil y eficiente para transformar ideas
plasmadas en papel, en innovaciones u optimizaciones de productos existentes. A partir del
seguimiento de la metodología del diseño en ingeniería, se lograron mejorar las capacidades de
carga para un nuevo actuador de reversa CHA1542-0115.
La manera más ideal de poder lograr la mejoría en capacidad de carga fue proponer figuras y
formas que tuvieran un área lo más similar posible al elemento que cargarán, esto con la finalidad
de lograr distribuir las cargas en toda la pieza, dando como resultado que la pieza trabaje y cumpla
su función con menor esfuerzo y así evitar tener un solo punto crítico de superficie de contacto,
Esto se pudo demostrar en el Soporte secundario actual, ya que esta pieza trabajaba de manera
tangencial con un esfuerzo de 1.54 e-5 psi, reduciendo el esfuerzo máximo a 1.92 e-7 psi o un 99%
más eficiente, reduciendo el esfuerzo al que se someterá-
Para la base principal lo ideal fue seleccionar un acero 4140, reduciendo volumen a través de
aligeramientos y perfil en C, ya que si se optaba por seleccionar aluminio 6061 pudiese que fuera
mucho más ligera, sin embargo no se garantizaba su resistencia a capacidad de carga como lo
hace el acero 4140 a través de su capacidad máxima de esfuerzo. Principal mejora: Reducción de
masa aplicando aligeramientos.
Para el elemento soporte principal, fue complicado seleccionar una pieza ideal debido a que la
forma de la pieza original se acoplaba casi de manera perfecta a la pieza hexagonal del actuador
de reversa, por lo que se decidió seleccionar la opción 1 debido al uso menor de material; Caso
contrario que se presentó con el soporte secundario, debido a que su superficie de contacto era
tangencial, se propuso una que tuviera al 100% la forma del elemento con el que carga, dando
como resultado una mejor distribución de esfuerzo y una deformación mínima más distribuida.
Mejora aportada principal: Disminución de masa, menor uso de materiales.
También se aprecia la adaptación de un riel guía y una escala que irá mostrando el
comportamiento y avance del émbolo al momento que se efectúen las pruebas de desplazamiento,
descartando a los dos topes y al tornillo indicador, facilitando la lectura y la observación del
comportamiento del émbolo. Mejora aportada: Guía y móvil indicadores visuales.
127
La selección de materiales es un factor que toma un papel muy importante antes de crear cualquier
producto, ya que de acuerdo a la función que ejercerá y el trabajo que realizará es como se llega a
tomar la decisión de algún material, ya que esto se define de acuerdo a la prioridad o condición que
se le asigne mayor prioridad (resistencia mecánica, precio, tiempo de entrega, deformación
máxima, entre otros). En este caso viéndolo desde una perspectiva ingenieril, se hicieron a un lado
los costos que implicarían adquirir el material asignándole prioridad a su comportamiento
mecánico.
Finalmente se puede mencionar que cualquier idea puede ser transformada en un producto de
innovación, siempre y cuando se tengan los argumentos suficientes para defender ésta misma y
sobre todo los números y modelos matemáticos que sustenten el comportamiento de la idea.
128
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132
Glosario
A Acero al carbón: Es la aleación de hierro con un porcentaje de carbono mayor a lo que se puede
alear con el hierro de modo que tiene también carbono libre y recibe el nombre de fundición de
hierro.
Actuador::(hidráulico) Cilindro que transforma la energía proveniente por la presión de algún fluido
en una fuerza mecánica o acción para producir algún trabajo.
Airbus: Compañía productora y diseñadora de aeronaves de origen europeo.
AISI: Siglas en Inglés del acrónimo de Instituto Americano del Hierro y Acero.
Álabes: Elemento ó paleta curva de una turbomáquina o máquina de fluido rotodinámica.
AMM: Aircraft Maintanance Manual ó Manual de Mantenimiento de la aeronave. Este manual se
refiere al mantenimiento general de algún modelo de una aeronave.
AMS: Especificaciones Aeroespaciales de Materiales.
ATA: Asociación de Transporte Aéreo de Norte América, quien estandariza formatos numéricos de
códigos aeronáuticos.
ASTM: Siglas en inglés del acrónimo Sección Americana de la Asociación internacional de Pruebas
de Materiales
C
CAD: Computer Aided Drawing. Dibujo asistido por computadora.
CAE: Computer Aided Engineering. Análisisi de Ingeniería asistido por computadora.
Cámara de combustión: Elemento de motor a reacción en dónde se mezcla el aire comprimido con
el combustible para posteriormente provocar una reacción de combustión.
133
Carrera: Distancia total que recorre un émbolo desde su punto mínimo inferior hasta el punto
máximo superior.
CNC: Siglas referentes al control numérico por computadora
Compreso: Conjunto de álabes dentro de un motor a reacción que tienen la función de aumentar la
temperatura y disminuir el volumen del flujo tomado.
D
Deformación: Variación de magnitud respecto al valor inicial de alguna propiedad física del
elemento.
Deformación elástica: es el cambio en la forma que sufre un cuerpo bajo carga, en el cual puede
regresar a su forma original.
Deformación plástica: Cambio de forma que sufre un cuerpo bajo carga, en el cual no regresa a su
forma original aun retirando el valor de la carga.
DGAC: Dirección General de Aeronáutica Civil. Organismo adscrito a la Secretaría de
Comunicaciones y Transportes, encargado de la administración y legislación relacionada con la
aviación y aeronáutica civil en México
Diagrama de cuerpo libre: Ilustración gráfica vectorial en donde se aprecian las magnitudes de las
cargas y variables a obtener las cuales es sometido un sistema.
Diagrama de esfuerzo deformación: Ilustración gráfica del comportamiento de un material para
determinar propiedades básicas del mismo.
F
FAA: Administración Federal de Aviación. Entidad gubernamental responsable de la regulación de
todos los aspectos de la aviacióncivil en los Estados Unidos.
Fan: Ventilador principal de un turbofan encargado de absorber y tomar el aire para dividirlo en flujo
principal y secundario.
Flexión: Deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección
perpendicular a su eje longitudinal.
Fluencia: Colapso del material provocado a partir del exceso de cargas, deformando el mismo de
manera permanente.
134
I
Isométrico: Proyección de perspectiva en que los objetos se representan en un plano a partir de un
eje vertical y dos ejes de profundidad.
M
Masa: Propiedad que consiste en la cantidad de materia que posee un cuerpo, la cual refiera a
resistir un cambio en la aceleración
Modelo: Representación matemática de un objeto o de un dispositivo a partir del cual se puede
extraer información acerca de su función, apariencia o propiedades físicas
Manual de control de mantenimiento: Documento aceptable por la DGAC, que describe los
procedimientos de la empresa aérea para garantizar que todo mantenimiento, programado o no, se
realiza en sus aeronaves a su debido tiempo y de manera controlada y satisfactoria.
Maquinado: Proceso de manufactura para transformar un producto final a partir de un diseño, en
apoyo de máquinas industriales como fresas, tornos, control numérico, entre otras.
Modulo de Young: Propiedad que poseen los materiales de oponerse a la deformación de ellos
mismos.
Momento: Magnitud obtenida del producto de una fuerza respecto a un punto de apoyo.
O
Overhaul (Revisión General): Desarme, limpieza, inspección, reparación y ensayo de una
aeronave, célula de aeronave, motor de aeronave, hélice, componente o accesorio, usando
métodos, técnicas y prácticas aceptables para la DGAC de acuerdo con datos técnicos aprobados
o aceptables para ésta. (Manuales del fabricante), desarrollados y documentados por titulares de
certificado de tipo, certificado tipo suplementarios o de aprobaciones de fabricación de partes.
P
Pro-Engineer: Herramienta y software para dibujar y simular diseños realizados en tres
dimensiones.
S
135
Spoilers: Superficies expandibles del ala de un avión que se utilizan para frenar
aerodinámicamente a una aeronave.
Screw: Traducción al inglés de Tornillo.
T
Torsión: Deformación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un
elemento constructivo o prisma mecánico
Turbofan: Motor rotativo a reacción caracterizado por poseer un ventilador en la toma de aire
principal utilizado en la mayoría de aeronaves comerciales.
Turboshaf:: es un motor de turbina de gas que entrega su potencia a través de un eje. Utilizado
generalmente en helicópteros.
Turborreactor: Tipo de motor a reacción, utilizado en jets comerciales.
Turbina: Conjunto de álabes unidos bajo un disco, encargados de recibir los gases producidos por
la combustión dentro de un motor a reacción.
Z
Zona elástica: Es el área comprendida en un diagrama esfuerzo – deformación unitaria, por el trazo
de la curva desde cero hasta el límite de elasticidad y por el valor de la abscisa, o sea la
deformación correspondiente al límite elástico. Región en dónde el elemento regresará a su forma
original después de que la carga deje de actuar sobre del mismo.
Zona plástica: Es el área comprendida en un diagrama esfuerzo- deformación unitaria, por el trazo
de la curva desde el límite elástico hasta el punto de ruptura y por el tramo de la abscisa
comprendida desde el valor del límite elástico y el valor correspondiente al punto de ruptura
