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Este proyecto integrador explora y analiza los sistemas de transmisión mecánica, como poleas, cadenas y rodamientos, a través de un estudio detallado de su diseño, selección, implementación y evaluación en tres tipos de máquinas representativas. Se realiza un análisis comparativo de las ventajas y desventajas de cada sistema, lo que permite comprender sus aplicaciones óptimas y limitaciones. Además, se presenta un diseño innovador de una bicicleta generadora de energía eléctrica, utilizando transmisiones por poleas, como una solución sostenible y eficiente.
Tipologia: Provas
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Alumnos:
Introducción En el ámbito de la ingeniería mecánica, los sistemas de transmisión desempeñan un papel fundamental en la transferencia eficiente de potencia entre componentes. Entre los mecanismos más empleados se encuentran las transmisiones por poleas, cadenas y rodamientos, cada uno con características y aplicaciones específicas que los hacen indispensables en diversas máquinas y procesos industriales. Este proyecto integrador busca explorar y analizar estas tres modalidades de transmisión mediante el estudio detallado de su diseño, selección, implementación y evaluación en tres tipos de máquinas representativas. Para ello, se realizarán cálculos técnicos que permitan seleccionar el tipo de cadena, polea y rodamiento más adecuado para cada máquina, evaluando factores como la eficiencia, durabilidad, costo y mantenimiento. Posteriormente, se llevará a cabo una comparación exhaustiva de las ventajas y desventajas de cada sistema, lo que permitirá comprender sus aplicaciones óptimas y limitaciones. Como parte innovadora de este proyecto, se diseñará y desarrollará un sistema basado en una bicicleta capaz de generar energía eléctrica mediante el uso de transmisiones por poleas. Este enfoque no solo ilustra la versatilidad de estos mecanismos, sino que también busca promover soluciones sostenibles en el contexto de la generación de energía. Este informe detalla el enfoque metodológico y técnico adoptado, ofreciendo un análisis integral de los sistemas de transmisión seleccionados y su aplicación práctica.
Objetivos General Analizar y comparar los sistemas de transmisión por poleas, cadenas y rodamientos, evaluando sus ventajas, desventajas y aplicaciones prácticas, para desarrollar un diseño innovador que utilice transmisiones por poleas en una bicicleta generadora de energía eléctrica. Especifico
Importancia del Proyecto La importancia de este proyecto radica en su contribución tanto al entendimiento técnico como a la aplicación práctica de sistemas de transmisión mecánica, fundamentales en la ingeniería y en la industria moderna. El análisis y comparación de las transmisiones por poleas, cadenas y rodamientos no solo refuerzan conocimientos teóricos esenciales, sino que también tienen aplicaciones directas en la optimización de maquinaria y en el diseño de soluciones innovadoras, como el sistema de generación de energía eléctrica basado en una bicicleta. Importancia técnica y práctica Optimización del diseño mecánico: Los sistemas de transmisión son clave para transferir energía de manera eficiente. Por ejemplo, las poleas ofrecen un diseño económico y silencioso, ideal para aplicaciones ligeras, mientras que las cadenas y los rodamientos son preferidos en contextos de alta carga y precisión. Este proyecto permite determinar cuál es más eficiente y adecuado en diferentes escenarios, optimizando así el desempeño de la maquinaria. Contribución a la sostenibilidad: La creación de una bicicleta generadora de energía eléctrica no solo ejemplifica el uso práctico de las poleas, sino que también contribuye al desarrollo de tecnologías sostenibles. En un contexto global donde se busca reducir el impacto ambiental, este tipo de proyectos son esenciales para demostrar cómo los principios de la mecánica pueden aplicarse en soluciones ecológicas y accesibles. Aplicaciones industriales: Comprender las ventajas y limitaciones de cada sistema de transmisión permite a los ingenieros tomar decisiones informadas al diseñar o seleccionar maquinaria para sectores como
manufactura, transporte, y generación de energía, contribuyendo a mejorar la productividad y reducir costos operativos Requerimientos del diseño Requerimientos técnicos Selección de componentes de transmisión: Cada sistema de transmisión (poleas, cadenas, rodamientos) debe ser dimensionado considerando factores como capacidad de carga, velocidad, torque, eficiencia y vida útil. Las normas técnicas, como ISO o ANSI, deberán ser consultadas para garantizar la compatibilidad y seguridad en el diseño. Materiales adecuados: Los materiales seleccionados para los elementos de transmisión deben ser resistentes al desgaste, a la corrosión y a las condiciones de operación específicas, como alta temperatura o humedad. Precisión en el ajuste de parámetros: Es fundamental definir tolerancias adecuadas para evitar problemas de vibración, ruido o pérdidas por deslizamiento, especialmente en sistemas de poleas y cadenas. Requerimientos de sostenibilidad Diseño ecológico: Se debe priorizar el uso de materiales reciclables y minimizar el impacto ambiental en la fabricación y operación de los componentes. Contribución al ahorro energético: En el caso de la bicicleta generadora, se debe garantizar que el sistema diseñado proporcione una salida de energía eléctrica útil para pequeñas aplicaciones domésticas o educativas, fomentando prácticas sostenibles.
Como afirma Juvinall y Marshek (2012), "el diseño de máquinas involucra la selección óptima de componentes que garanticen eficiencia, economía y seguridad en su aplicación" ( Fundamentals of Machine Component Design ). Criterios Técnicos para el Diseño El dimensionamiento y selección de los sistemas de transmisión se basan en principios fundamentales como capacidad de carga, velocidad y torque, asegurando la eficiencia y la seguridad del sistema. En el caso del diseño de una transmisión para accionar una bomba centrífuga, se calculó que se necesitaban cuatro bandas trapezoidales tipo B de 59 pulgadas. Este tipo de cálculo refleja la aplicación práctica de los conocimientos adquiridos en el curso. Innovación y Sostenibilidad El diseño de la bicicleta generadora de energía eléctrica destaca por su enfoque innovador. Este proyecto demuestra que los sistemas de transmisión pueden adaptarse no solo a la industria, sino también a iniciativas sostenibles. La bicicleta utiliza un sistema de poleas para transformar la energía mecánica en eléctrica, contribuyendo al desarrollo de tecnologías limpias y accesibles. Aplicaciones Industriales Comprender las propiedades de cada sistema de transmisión es clave para optimizar su aplicación en diversos sectores, como manufactura, transporte y generación de energía. Este conocimiento permite diseñar máquinas más eficientes y sostenibles, con un impacto positivo en la productividad y los costos operativos. La relevancia de los sistemas de transmisión en la industria moderna es destacada por Hamrock et al. (2004), quienes mencionan que "el diseño eficiente de mecanismos de
transmisión mejora la fiabilidad y la economía de los procesos industriales" (Fundamentals of Machine Elements). Cronograma del proyecto En este caso, el cronograma establece las actividades principales necesarias para desarrollar el proyecto de diseño y análisis de sistemas de transmisión mecánica. A través de una planificación detallada, se asegura que cada etapa, desde la investigación inicial hasta el montaje del prototipo, se realice de manera organizada y dentro de los plazos establecidos. Esta planificación permite anticipar posibles dificultades y asegurar que el objetivo final, el diseño innovador de una bicicleta generadora de energía eléctrica, sea alcanzado con éxito. HORARIO Semana 1 Semana 2 Semana 3 Semana 4 Buscar un proyecto de innovación al respecto al curso de diseño de elementos Buscamos datos, presión y información sobre nuestro proyecto. Realizamos los cálculos sobre el proyecto, Realizamos el montaje del proyecto.
cadenas y rodamientos en ciertas etapas del sistema para mejorar la estabilidad y eficiencia del conjunto. Este enfoque integrador demuestra cómo los sistemas de transmisión pueden combinarse para maximizar el desempeño en aplicaciones prácticas. La implementación de estos componentes fue respaldada por cálculos técnicos detallados, asegurando la fiabilidad del diseño y su capacidad para operar en condiciones reales. Selección de los componentes Selección de Faja Trapezoidal Un sistema de transmisión para accionar una bomba centrífuga utilizando una combinación de faja, cadena y rodamientos.
2. Selección de banda Nota: Según la tabla para la elección del tipo de banda podemos concluir que el tipo de banda a seleccionar es el “B”.
5. Distancia entre ejes
(𝑲+𝟏)𝒅𝒄 𝟐
(𝟏.𝟗𝟑+𝟏)(𝟏𝟑𝟕) 𝟐
6. Longitud de correa
(𝐃−𝐝)𝟐 𝟒(𝐈)
(𝟐𝟔𝟓−𝟏𝟑𝟕)𝟐 𝟒(𝟒𝟓𝟎)
7. Factor lineal Nota: El valor del factor líneas es FL=0.92 (unidad adimensional) 8. Arco de contacto
𝟓𝟕 (𝑫−𝒅) 𝑰
𝟓𝟕 (𝟐𝟔𝟓−𝟏𝟑𝟕) 𝟒𝟓𝟎
11. Presentación base **Pbk = Pb + Add Pbk = 3.09 + 0. Pbk = 3.54 HP
13. # bandas #B = 𝑷𝒆 𝑷𝒆𝒇
𝟏𝟐 𝑯𝑷 𝟑.𝟏𝟑 𝑯𝑷
