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Repblica Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Defensa
Universidad Nacional Experimental Politcnica de la Fuerza Armada
Nacional
U.N.E.F.A-Maracay
Reingeniera de procesos aplicada a la bancada y motor propulsor
del Autogiro
801 UNEFA.
Prof. Ing. Ayran Mares
Integrantes:
Campos, Andrea.
Gmez, Carlos.
Martnez, Josu.
Vivas, Ysmael.
Maracay, Abril 2015
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CAPTULO I
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Actualmente muchas empresas dedicadas a las ventas de productos
y servicios
en el mundo entero, han creado la necesidad de implementar
planes para el
mejoramiento de la calidad del servicio que preste determinada
empresa, siendo esto
de suma importancia para la supervivencia de cualquier compaa,
sea cual sea el
ramo al que se dedique, ya que, con el pasar del tiempo se van
acrecentando las
exigencias de las personas que requieran el servicio, razn por
la cual, el empresario
de hoy debe tomar en cuenta no solo la calidad del producto que
oferte; sino tambin,
la eficacia y celeridad del servicio que preste de acuerdo a la
demanda.
En tal sentido, en la ingeniera aeronutica el diseo, la mecnica
y el
mantenimiento de aeronaves es uno de los ejes principales de la
profesin, cabe
destacar las posibilidad de nuevas ideas en el diseo y la
adaptacin de nuevos
modelos de aeronaves a partir de otras versiones, su
aeronavegabilidad y ptima
condiciones, con el fin de mejorar su vida til.
Hasta ahora se conoce que el autogiro es una nave para volar,
que se parece a
un helicptero pero es anloga a un avin, y que tiene
caractersticas diferenciadas
con estas dos aeronaves. Todo autogiro tiene una serie de
componentes, unos bsicos,
que son imprescindibles para el vuelo, y otros accesorios, que
no son imprescindibles
para el vuelo pero aportan informacin y mejoran el control y la
seguridad.
En este orden de ideas, se tiene que en la UNEFA, durante el
periodo
acadmico 2 2014, los estudiantes de Ing. Aeronutica cursantes de
la materia de
aeroelasticidad, tomaron el reto, y lo llevaron a cabo, de la
fabricacin de una
aeronave tripulada dentro de la gama de aeronaves de ala
giratoria, la cual se
denomina autogiro o girocptero, y cuyo grupo de estudiantes lo
nombro Autogiro
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801 UNEFA, con el motivo de llevar a la poblacin el desarrollo
cientfico e
investigativo que se realizan por la juventud universitaria en
el pas.
Cabe destacar que para el diseo de este autogiro se tomaron
muchas
consideraciones respecto al peso, la planta propulsora, la
resistencia de materiales, la
aerodinmica y la estructura. Sin embargo, llama mucho la atencin
dentro del diseo
del grupo motor propulsor los requerimientos para una ptima
potencia de giro a las
palas no son alcanzados, ignorando los efectos catastrficos que
esto puede llegar a
proporcionar, adems de las prdidas econmicas e investigativas
que podran
ocurrir.
Por lo tanto, esta investigacin pretende efectuar modificaciones
para
optimizar el sistema propulsor del autogiro 801 UNEFA, de tal
manera que con los
componentes apropiados pueda realizar un vuelo de prueba,
considerando los
requerimientos que se necesitan para lograr un diseo ptimo.
En vista de la siguiente problemtica se presentan las siguientes
interrogantes
que se respondern a lo largo de la investigacin:
Se pudiera optimizar el funcionamiento de la aeronave Autogiro
801 UNEFA,
aplicndole reingeniera capaz de mejorar sus caractersticas
presentes en el motor
propulsor y la bancada de dicha aeronave?
Cules seran los procesos a modificar?
Cules piezas deberan ser reemplazadas?
Cul sera su factibilidad?
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OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN.
Objetivo general:
Efectuar la reingeniera de procesos aplicada a la bancada y
motor propulsor del
Autogiro 801 UNEFA.
Objetivos especficos:
Diagnosticar las fallas presentes en la propulsin del Autogiro
801 UNEFA. Determinar las piezas que requieran ser utilizadas para
el rediseo en la
bancada y motor propulsor.
Determinar los materiales para la reestructuracin de la aeronave
Autogiro 801 UNEFA.
Realizar los modelos estructurales (3D) de los cambios
realizados en la aeronave Autogiro 801 UNEFA.
Aplicar la reingeniera de procesos aplicada a la bancada y motor
propulsor del Autogiro 801 UNEFA.
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JUSTIFICACIN.
Durante el estudio de la ingeniera aeronutica se presentan retos
para la
motivacin y desarrollo de los estudiantes como ingenieros, como
lo son el diseo de
mquinas capaces de llevar a cabo acciones asombrosas. En la
UNEFA los
estudiantes de Ing. Aeronutica del 8vo semestre, con el motivo
de llevar a la
poblacin el desarrollo cientfico e investigativo por la juventud
universitaria, ha
llevado a cabo este proyecto de ingeniera con el fin de
desarrollar la catedra de alas
rotatorias.
Sin embargo este proyecto no ha podido hacer su primer vuelo de
prueba, ya
que no cuenta con una maquina propulsora adecuada. Es por esto
que ante la
problemtica presentada, se nota imprescindible el rediseo de la
maquina propulsora
y su respectiva bancada.
Efectuar la reingeniera de procesos aplicada a la bancada y
motor propulsor
del Autogiro 801 UNEFA, permitira lograr su vuelo de prueba
ptimo, de tal manera
que con los componentes apropiados se pueda realizar un vuelo
adecuado para los
estudios.
As mismo la reingeniera de procesos aplicada a la bancada y
motor
propulsor del Autogiro 801 UNEFA, servir como base para alcanzar
un prototipo
que en el futuro pueda usarse para el estudio de las actuaciones
aerodinmicas de este
tipo de naves de ala rotatoria, adems de cumplir el rol que
amerite su innovacin y
aplicacin como apoyo para la comunidad estudiantil.
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LIMITACIONES
Las limitantes, estn enfocadas principalmente en el costo de la
trasformacin
de la aeronave Autogiro 801 UNEFA. Sin embargo, se pueden sealar
algunas otras
limitaciones de manera ms precisa:
Las palas de las hlices del motor propulsor requeridas para este
tipo de funcionamiento no estn en el mercado nacional.
Los tipos de motores existentes en el mercado nacional para la
rotacin, no proporcione las revoluciones adecuadas, ni la fuerza
necesaria para el
funcionamiento esperado.
El presupuesto necesario para la realizacin de la reingeniera
sea mayor al precio actual del Autogiro 801 UNEFA
ALCANCES
Realizando la reingeniera de procesos aplicada a la bancada y
grupo motor
propulsor del Autogiro 801 UNEFA de manera ptima se puede
obtener excelentes
alcances, tales como:
La configuracin del giroplano pueda cumplir con la funcionalidad
esperada. Permitir un diseo ptimo, para lograr un vuelo de
adecuado. Servir como base para alcanzar un prototipo que en el
futuro pueda usarse
como transporte, de acuerdo al rol que amerite su innovacin y
aplicacin
como apoyo para la comunidad estudiantil.
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CAPITULO II
DIAGNSTICO DE LA SITUACIN ACTUAL
El Autogiro 801 UNEFA, es una aeronave diseada por los cursantes
del
octavo semestre de ingeniera aeronutica en la materia de
Aeroelasticidad del
periodo 2-2014, es un monoplaza basado en el diseo del Autogiro
de la Empresa
Vortech Inc. Modelo B-19.
Su estructura est hecha totalmente de Aluminio serie 1000, las
palas del rotor
principal son una estructura semi-monocasco, sus largueros y
costillas estn hechas
de Aluminio y recubiertas con una mescla de monocote y resina.
De esta misma
forma estn hechas las superficies de control como los
estabilizadores horizontales y
el Ruder.
Tiene un motor de Empire OUTLOOK 150, con las siguientes
caractersticas:
Capacidad Cilndrica: 150 Cc Relacin de Comprensin: 11.01,
Potencia Mxima: 9.6 KW (12.8Hp) @ 7500 Rpm Torque Mximo: 13.3 Nm @
6000 Rpm Capacidad Del Tanque Mxima: 7.2 L Batera: 12V 6A. Sistema
De Enfriamiento: Liquido Tipo De Motor: 1 Cil. 4 Tiempos. 150 Cc
Tipo De Encendido: Condensador De Ignicin
Este motor se encontraba directamente conectado a una hlice de
tres palas de
madera, hecha por un artesano de Hlices, con medias de 115cm de
dimetro;
actualmente el profesor de la catedra es quien tiene posesin de
esta.
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El Autogiro 801 UNEFA actualmente se encuentra desarmado en el
almacn
de Aeronutica y el motor fue removido por los alumnos de ese
semestre.
DISEO DE LA INVESTIGACIN
El estudio por su intencin de disear una estrategia se enmarca
en la
modalidad de proyecto factible el cual segn la Universidad
Pedaggica
Experimental Libertador (UPEL, 1998), consiste en la elaboracin
de una propuesta
de un modelo operativo viable para solucionar problemas,
requerimiento o
necesidades de organizaciones o grupos sociales (p.7). Debe
tener apoyo en una
investigacin de campo o documental y puede referirse a la
formulacin de polticas,
programas, tecnologas, mtodos o procesos.
Atendiendo a lo anteriormente expuesto, este estudio asumi los
criterios que
guan un proyecto factible, pues el trabajo estuvo orientado a
cumplir con el objetivo
general que propone efectuar la reingeniera de procesos aplicada
a la bancada y
grupo motor propulsor del Autogiro 801 UNEFA. En tal sentido, se
desarrollaran
aspectos relativos al tipo de estudio y a su diseo de
investigacin, incorporados en
relacin a los objetivos especficos. (Balestrini, 2001).
Para poder resolver la problemtica planteada de efectuar
modificaciones para
optimizar la propulsin del autogiro 801 UNEFA, de tal manera que
con los
componentes apropiados pueda realizar un vuelo de prueba, se
realizar un estudio no
experimental siendo este definido Segn el autor (Santa Palella Y
Feliberto Martins
(2010)), El diseo no experimental es el que se realiza sin
manipular en forma
deliberada ninguna variable. Se observan los hechos tal y como
se presentan en su
contexto real y en un tiempo determinado o no, para luego
analizarlos.
As mismo, la investigacin est ubicada dentro de un diseo de
investigacin
de campo, debido a que se realizar en el lugar donde se presenta
el problema,
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estableciendo una interaccin entre los objetivos del estudio y
la realidad.
Los estudios de campo permiten indagar en si los efectos de la
interrelacin
entre diferentes tipos de variables sociolgicas, psicolgicas,
educacionales,
antropolgicas, etc. (Kerlinger, 1975).
Por lo tanto en este diseo no se construye una situacin
especfica sino que se
observa las que existen y se desarrollan las posibles opciones
para modificar y
optimizar el sistema propulsor del autogiro 801 UNEFA, de tal
manera que con los
componentes apropiados pueda realizar un vuelo de prueba optimo;
convirtindose
as en un diseo de campo, ya que se har una recoleccin de datos
directamente de
los sujetos investigados, o de la realidad donde ocurren los
hechos (datos primarios),
sin manipular o controlar variables alguna, es decir, no altera
las condiciones
existentes. De all su carcter de investigacin no
experimental.
Cabe destacar que en una investigacin de campo, tambin se emplea
datos
secundarios, sobre todo los provenientes de fuentes
bibliogrficas, a partir de los
cuales se elabora el marco terico. No obstante, son los datos
primarios obtenidos a
travs del diseo de campo, lo esenciales (peso, motor,
dimensiones, entre otros) para
el logro de los objetivos y la solucin del problema
planteado.
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DISEO DE METODOLOGA
Algunas herramientas que se puede utilizar para hacer la
reingeniera son el
Brainstorming, diagrama de afinidades, diagrama de
interrelaciones matriz de
actividades con problemas, diagrama de Ishikawa o de causa y
efecto Grfico de
control, diagrama de Pareto, histograma Benchmarking, metodologa
para el anlisis
y evaluacin de los procesos, revisin de la misin y los objetivos
estratgicos de la
organizacin, seleccin de los procesos que deben ser analizados,
metodologa y
pasos implicados en la descripcin y el anlisis como etapas
especficas, metodologa
y pasos implicados en el diagnstico y la evaluacin del proceso
en s , problemas
usuales que se identifican en el funcionamiento de un proceso.
Por lo tanto se
utilizar la Metodologa Rpida Reingeniera, por su estructuracin y
sus tcnicas
comunes para su empleo.
La metodologa Rpida se compone de varias tcnicas
administrativas
actualmente familiares, como: lluvia de ideas, anlisis de
procesos, medidas de
desempeo, identificacin de oportunidades, etc. La metodologa se
basa en 5 etapas
que permiten resultados rpidos y sustantivos efectuando cambios
radicales en los
procesos estratgicos de valor agregado. La metodologa se dise
para que la
utilicen equipos de reingeniera en organizaciones de negocios
sin tener que basarse
de expertos de fuera.
La Rpida Reingeniera es configurable a casi cualquier proyecto
de
reingeniera, por lo que es fcil adaptarla a cada proyecto. Una
gran ventaja de esta
metodologa, es que est permite que muchas tareas puedan
desarrollarse en forma
simultnea y algunas otras permiten el adelantarse a otras, por
lo que el desempeo
general es muy superior a medida en que los especialistas y
analistas se adentran y
experimentan sus capacidades. A continuacin se desarrollar la
metodologa Rpida
Reingeniera con sus cinco etapas y tareas.
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Etapa 1 - Preparacin
El objetivo es totalmente para beneficio de la investigacin
cientfica en
la catedra de ingeniera aeronutica, se busca llevar a cabo un
cambio dentro de la
propulsin del autogiro para poder cumplir con los requerimientos
necesarios para la
utilizacin del girocptero con motivos de investigacin cientfica.
Se conseguirn las
especificaciones del autogiro para luego considerar la propuesta
del nuevo motor con
ptimos requerimientos para comprometer el autogiro a
experimentos, por
consiguiente requerir el rediseo de la bancada y la nueva
ubicacin del centro de
gravedad (CG).
Etapa 2 - Identificacin.
El cliente, en este caso la catedra de ingeniera aeronutica,
necesita un
modelo de autogiro til para la investigacin cientfica y
desarrollo acadmico. Qu
procesos podramos identificar como los ms esenciales para el
desarrollo de la
reingeniera? En dnde se tocan las interfaces de estos procesos
con las de los
procesos de clientes-proveedores? Cules son los procesos a
redisear
posteriormente?
Etapa 3 - Visin.
Se requiere la obtencin de la informacin previa al diseo
original del
autogiro, los antecedentes evaluados que se obtendr a travs de
los diseadores y
constructores del mismo, se har tomando los factores ms
especficos para obtener el
diagnostico actual. Luego se procede a la extraccin de las
medidas para poder
proyectarlas en un bosquejo tridimensional de la aeronave. El
equipo de trabajo
indagara entre los procesos a redisear y con un pensamiento
inductivo se analizaran
posibles resultados de la propuesta del rediseo.
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Etapa 4 Solucin.
La solucin de la problemtica es elegir un nuevo motor
previamente
propuesto que cumpla los requerimientos, redisear la bancada de
acuerdo a ese
motor, evaluar las propiedades de los materiales de la bancada
para as obtener su
eficiencia estructural y llevar a cabo un diseo tcnico, por
ltimo la ubicacin el CG.
Se utilizaran programas de diseo asistido por computadora (CAD
en ingls) para
dimensionar las medidas en 3D, un programa de Ingeniera Asistida
por Computadora
(CAE en ingls) para anlisis estructural de la bancada.
Etapa 5 Transformacin.
La transformacin empieza principalmente en el modelo de motor,
ser
cambiado por un motor ideal a lo que se necesita. Tras el cambio
de modelo de motor
queda comprometida la bancada, que de acuerdo a las dimensiones
del motor y los
puntos de sus uniones, ser ms eficaz que la bancada actual para
ofrecer un buen
apoyo, de igual manera el tipo de material (propiedades fsicas y
mecnicas) al usar
en la bancada. En cuanto a los nuevos requerimientos el autogiro
podr levantar a una
persona con una masa promedio de 70 kg y la bancada podr soporta
esta carga.
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CAPITULO III
MODELADO DE LA PROPUESTA
Preparacin.
El objetivo es totalmente para la investigacin cientfica en la
catedra de
ingeniera aeronutica, se busca llevar a cabo un cambio dentro de
la propulsin del
autogiro para poder cumplir con los requerimientos necesarios
para la utilizacin del
girocptero dentro de la catedra de con motivos de investigacin
cientfica.
Tomamos en consideracin los antecedentes de diseo a travs de
nuestros
compaeros del pasado semestre, y conseguimos las
especificaciones del autogiro
para luego considerar la propuesta del nuevo motor con ptimos
requerimientos para
comprometer el autogiro a un ptimo desarrollo en propulsin que
por consiguiente
requerir el rediseo de la bancada
Los materiales para el rediseo de la bancada debern ser elegidos
de acuerdo
a su resistencia y facilidad de obtencin; por lo que la
universidad especficamente la
catedra de aeronutica cuenta en su taller con: Aluminio 6063 T5,
Vigas L de acero
de 1 pulgada, mquina de soldadura y electrodos de soldadura para
aluminio, acero, y
hierro de alta resistencia.
Para cumplir con este rediseo, el equipo de trabajo se debe
capacitar
en conocimientos y procesos de fabricacin acerca de las
generalidades de los
autogiros, as como en el manejo de programas computarizados de
diseo y calculo
que se requiera para el rediseo de la bancada y grupo motor
propulsor del autogiro
801 UNEFA.
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Identificacin.
El cliente, en este caso la catedra de ingeniera aeronutica,
necesita un
modelo de autogiro til para la investigacin cientfica y
desarrollo acadmico.
Qu procesos podramos identificar como los ms esenciales para
el
desarrollo de la reingeniera?
Estos procesos, como tambin lo estn las caractersticas y
funcionamiento
de este autogiro, se pueden encontrar al plantear el problema y
al concluir la
propuesta del nuevo diseo.
En dnde se tocan las interfaces de estos procesos con las de los
procesos
de clientes-proveedores?
La perspectiva que se adopta es el diseo y modelado, si bien se
tocan
decisiones que enmarcan contactos con proveedores de motores de
aviacin y
materiales ideales para la construccin de este tipo de aeronave,
no se maneja con
gran relevancia las interfaces hasta el momento de la
construccin.
Cules son los procesos a redisear posteriormente?
Observando el anlisis de las metas planteadas nos
encontramos
principalmente con el grupo motor propulsor el cual no aporta
las especificaciones
requeridas para el objetivo inicial del proyecto autogiro 801
UNEFA, y que esto
implica tambin un rediseo de la bancada del motor y tambin se
compromete la
transmisin de potencia que ser evaluada y rediseada para
satisfacer los
requerimientos deseados.
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Identificar las actividades
Detallaremos las actividades que se debern realizar para llevar
a cabo los
rediseos o cambios radicales de lo establecidos y proponer los
nuevos procesos para
as tengan un valor agregado.
Realizaremos el diagnstico del Autogiro 801 UNEFA, se tomaran:
los
datos caractersticos del motor, es decir las caractersticas
completas de ese
motor; las medidas y especificaciones de los materiales de la
bancada, es decir
dimensiones y propiedades fsicas y mecnicas.
Se Identificar y evaluara las piezas a utilizar para el rediseo,
y tambin
las piezas del diseo original ya que se pueden reutilizar
algunas para este
cambio radical.
Se remover el motor y la bancada para su estudio y anlisis
previo al
rediseo
Se diseara la bancada de acuerdo al motor propuesto, llevando a
cabo
clculos de resistencia de materiales por medio de los Programas
Ingeniera
Asistida por Computadora (CAE en ingls).
Se Ubicara el nuevo Centro de Gravedad de toda la
estructura.
Visin.
Se requiere la obtencin de la informacin previa al diseo
original del
autogiro, los antecedentes que se obtendr a travs de los
diseadores y constructores
del mismo, se har tomando los factores ms especficos para
obtener el diagnostico
actual. Luego se procede a la extraccin de las medidas para
poder proyectarlas en un
bosquejo tridimensional de la aeronave.
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Durante este proceso suponemos que el equipo de trabajo se
encargara de
hacer indicaciones sobre los procesos a redisear, tomando en
cuenta las relaciones
de diseo (estructurales, potencia, entre otras) se tendr un
pensamiento inductivo
para analizar los posibles resultados a los que se pueden llegar
y situaciones
adyacentes a los procesos que se puedan presentar, teniendo
siempre en cuenta todas
las variables de diseo y conformacin.
Se calcula el empuje que debe generar el motor propuesto con su
hlice, si
est integrada, y asegurar que ese empuje satisfaga el necesario
para su vuelo de
prueba inicial.
Gestionar y preparar el rea de trabajo para los cambios, debe
ser un lugar
espacioso y como para el trabajo, el grupo de estudiantes
diseadores y constructores
utilizo para la construccin del autogiro el laboratorio de
procesos de fabricacin
aeronutico para este proyecto con el permiso y consentimiento
del docente e
instructor del laboratorio.
En qu orden se llevan a cabo?
1. Diagnostico
2. Anlisis
3. Identificacin de la problemtica
4. Procesos de diseo
5. Solucin a la problemtica
6. Propuesta
7. Modelado de la propuesta
8. Conclusiones finales.
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Solucin.
La solucin de la problemtica es elegir un nuevo motor
previamente
propuesto que cumpla los requerimientos y redisear la bancada de
acuerdo a ese
motor, evaluar las propiedades de los materiales de la bancada
para as obtener su
eficiencia estructural y llevar a cabo un diseo tcnico. Se
utilizaran programas de
diseo asistido por computadora (CAD en ingls) para dimensionar
de las medidas y
un programa de Ingeniera Asistida por Computadora (CAE en ingls)
para anlisis
estructural de la bancada.
Transformacin.
La transformacin empieza principalmente en el modelo de motor,
ser
cambiado por un motor ideal a lo que se necesita. Tras el cambio
de modelo de motor
queda comprometida la bancada, que de acuerdo a las dimensiones
del motor y los
puntos de sus uniones, ser ms eficaz que la bancada actual para
ofrecer un buen
apoyo, de igual manera el tipo de material (propiedades fsicas y
mecnicas). En
cuanto a los nuevos requerimientos el autogiro podr levantar a
una persona con una
masa promedio de 70 kg.
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MATRIZ FODA
Fortalezas Debilidades
Garantizara la potencia necesaria para elevarse y realizar
vuelos
Innovacin Proporcionar seguridad
y comodidad para el tripulante
Carencias de recursos para llevar a cabo el proyecto
Utilizar componentes del proyecto antecesor
No realizar un vuelo experimental para demostrar la comodidad y
la seguridad que este diseo proporcionara
Oportunidades Amenazas
Incentivar el estudio e innovacin de proyectos que anteceden en
esta casa de estudio.
Integracin por parte de los autores del nuevo prototipo y los
autores principales del girplano
Desarrollo tecnolgico
Negacin por parte de los autores para las modificaciones
planeadas en la aeronave
Disponibilidad de tiempo con respeto a los autores principales
para la supervisin o seguimiento del proyecto
Ausencia de Laboratorios experimentales para aplicacin de
pruebas necesarias
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PROPUESTA DE DISEO DE REINGENIERIA
Propuesta De Bancada Y Motor Propulsor Del Autogiro 801
UNEFA
Para el diseo de esta nueva propuesta la variable principal sern
los datos del
motor, de esta manera se diseara la nueva bancada dependiendo de
la forma y la
resistencia de materiales que requieran el torque que genere la
nueva planta
propulsora.
En tal sentido esta propuesta est dividida en dos partes:
Seleccin de Motor Nuevo diseo de Bancada.
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Seleccin De Motor:
Para la obtencin de datos relacionados a fuerzas actuantes e
influyentes en el
vuelo de un autogiro, se requiere datos como la resistencia
producidas en la rotacin
de las palas o cuchillas en relacin a la velocidad relativa del
flujo de viento. La
fuerza no giratoria total producida por el rotor en vuelo hacia
adelante se puede
dividir en tres componentes como direccin longitudinal, lateral
y vertical del plano
del rotor. Estos componentes de fuerza estn variando por
revolucin. La fuerza
lateral no se considera en este clculo.
Se obtienen las fuerzas de elevacin y arrastre del rotor por la
transformacin
de las fuerzas verticales y longitudinales (Xr y Zr) en el
sistema de ejes aerodinmico
del autogiro. Las fuerzas actuantes en el autogiro son las
siguientes:
Se puede visualizar que el arrastre del rotor (Dr) y el arrastre
parasito (Dp) son
los que se deben determinar para encontrar as la potencia
necesaria de la planta de
propulsin del autogiro.
= . cos + = 12 2
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Donde es el Angulo de ataque del rotor.
Para mantener un vuelo nivelado el arrastre total se debe
igualar a la fuerza de
la propulsin, el empuje es determinado dependiendo sobre la
velocidad (airspeed).
As encontrando la potencia necesaria que requiere en vuelo y
hallar la posible planta
propulsora.
Tomaremos como ejemplo el MTO sport. El autogiro MT-03 es un
autogiro
alemn, diseado y producido por autogiro GmbH de Hildesheim.
Autogiro MT0sport.
La fuerza vertical y horizontal es tomada de datos de simulacin
del rotor a
65Knots (nudos). Las caractersticas destacables de esta aeronave
son
Masa Total (Kg) 450
Potencia(HP) 100
Velocidad Mxima (knots) 80
Dimetro del rotor (m) 8,4
rea del disco del rotor (m2) 55,4
Carga Discal (Kg/m2) 8,1
No. De Aspas 2
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Cuerda del aspa (m) 0,2
Velocidad del rotor (rpm) 340
Velocidad punta del aspa
(knots) 290
rea de referencia parasita
(m2) 1
Coeficiente Arrastre parasito 1,4
L/D Mximo Total 4
Y de datos obtenidos sobre la aeronave, se pudo realizar una
hoja de clculo
correspondiente para realizar el estudio de aproximacin de la
potencia requerida por
el motor
Densidad del Aire (kg/m3) 1,225 Fuerza de Sustentacin (N) 4414,5
Fuerza de Arrastre (N) -112 Angulo de precesin (Deg) 3,2 CDp 1,4
Aref CDp 1 V (knots) 65
Drag Alas (N) V (m/s) 358,249399 33,4388889
Drag Parasita (N) Pr(W) 958,82159 44041,3904
Drag Total (N) Pr(HP) 1317,07099 59,0604774
L/D Total 3,35175555
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Potencia Que se debe Tener disponible 58721,8539 W 78,7473032
HP
El autogiro a estudiar tiene una geometra aproximada al autogiro
ejemplo,
por lo que se cre una hoja de clculo con la finalidad de
introducir datos de dicha
aeronave para obtener cual sera la potencia requerida del motor
para movilizar la
aeronave.
= Y asumiendo que en un autogiro, la potencia necesaria para el
vuelo en
crucero debe ser aproximadamente el 75% de la potencia
disponible del motor, se
tiene que la potencia de la que debe disponer el motor es
calculada con un Empuje
igual a 577 N, y una velocidad de 15,36 m/s. Los datos del
autogiro que se
presentarn a continuacin fueron obtenidos a travs de los
estudiantes del 8vo
semestre, cursantes de la materia de Aeroelasticidad, quienes
estaban a cargo del
estudio aerodinmico de la aeronave.
Empuje (N) 577
Velocidad Crucero (m/s) 15,36
Potencia Requerida (W) 8862,72
Potencia Disponible mnima
(W) 11816,96
Potencia Disponible mnima
(HP) 15,8468044
Aunado a esto se introdujeron datos en la hoja de clculo
anteriormente
realizada con la finalidad de obtener un segundo clculo terico
para la potencia del
autogiro.
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Masa Total (Kg) 270
Potencia(HP) A Calcular
Velocidad Mxima (knots) 29,5
Dimetro del rotor (m) 8
rea del disco del rotor (m2) 50,26548246
Carga Discal (Kg/m2) 5,371479329
No. De Aspas 2
Cuerda del aspa (m) 0,25
Velocidad del rotor (rpm) 562,5
rea de referencia parasita
(m2) 1
Coeficiente Arrastre parasito 1,4
El coeficiente y el rea de referencia parasita fueron tomados
del autogiro
ejemplo a fin de obtener una aproximacin de los datos reales
Densidad del Aire
(kg/m3) 1,225
Fuerza de Sustentacin
(N) 2883
Fuerza de Arrastre (N) -73
Angulo de precesin
(Deg) 9,02004797
CDp 1,4
Aref CDp 1
V (knots) 29,5
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Drag Alas (N) V (m/s)
524,094134 15,1761111
Drag Parasita (N) Pr(W)
197,494553 10950,9101
Drag Total (N) Pr(HP)
721,588688 14,6854123
L/D Total
3,99535088
Potencia Que se debe Tener disponible
14601,2135 W
19,5805498 HP
Finalmente se lleg a la conclusin de que requera un motor de al
menos 20
HP, para cumplir con lo estimado, por lo que se estudi los
Paramotores. El
paramotor es considerado una adaptacin motorizada del parapente.
Los parapentes
para volar necesitan una velocidad de viento que superen los 22
km/h (6.1 m/s)
dependiendo del tipo de vela.
Una vez en vuelo, esa velocidad de viento se genera gracias al
empuje que
proporciona el motor, llevado en la espalda del piloto. Sin
embargo en esta propuesta
el paramotor estar anclado a la bancada del autogiro.
La seleccin principal para estos motores es que vienen con sus
hlices
integradas que proporcionan la mayor eficiencia, diseada por su
fabricante y por sus
tanques de combustibles integrados directamente al motor.
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PROPUESTAS
1) BlackHawk 125s Paramotor:
Precio: 6.395 USD Motor: Blackhawk 125 HP: 21.5 Max RPM: 9700
Tipo de reduccin: embrague
centrfugo Empuje Aprox.: 131 Lb Mtodo de Arranque: Tire de
inicio Tanque de combustible: 12.11
litros Tiempo de vuelo: 3 - 3,2 horas Max Piloto Peso: 230 Lb
Peso Total: 50 lb
El proveedor, BlackHawk Paramotor, se encuentra Ubicado en los
Estados Unidos
en: 8591 Hogan Dam Road Valley Springs, CA ZIP: 95252.
Utilizando la Empresa de Currier (Transporte Internacional),
F.A. Logistic INC, que
tienen una tasa de envo de 535 VEF/Lb. Dando un precio de compra
aproximado,
aunado al envi de: 346.372,1 VEF
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2) SKY 110s de AIRFER:
Precio: 3940 EUR Motorizacin: SKY 110s - refrigeracin liquida
Cilindro: Aluminio con tratamiento Nikasil Cilindraje: 110 cc
Potencia: 26 cv (25.6 hp) RPM mx: 11.300 rpm Aspiracin: laminar
Refrigeracin: liquida Arranque: Manual Embrague: centrfugo
Transmisin: engranaje red. 1:4 Carburador: Walbro WG8 Carburante:
gasolina sin plomo - aceite sinttico 2.5% Consumo: 3 a 4,5
litros/hora vuelo crucero Peso: 13,5 kg (completo) Chasis inox. o
titanio: 4 partes (de serie) Peso mximo piloto: 120 kg mximo
Proteccin hlice: S Cuenta rpm: Opcional Funda transporte: Opcional
Combustible: Gasolina 95 oz. al 2,5 % aceite sinttico
El proveedor, BlackHawk Paramotor, se encuentra Ubicado en
Espaa, en Pol. Ind.
El Llano - C/ Croacia, Nave 4 - 13630 SOCUELLAMOS - Ciudad
Real
Utilizando la Empresa de Currier (Transporte Internacional),
F.A. Logistic INC, que
tienen una tasa de envo desde Espaa de 1240 VEF/LBS. Dando un
precio de
compra aproximado, aunado al envi de: 284.317,47 VEF.
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3) AIR M25Y:
Precio: 3.990 EUR Potencia y cilindraje: 172 cc / 25 cv RPM mx.
8.000 Reduccin: 2.2 2.6 2.88 en POLY-V Arranque: Manual (de serie),
Arranque Elctrico Aspiracin laminar: S Embrague centrfugo: S
(opcional) Tipo de buja: NGK BR9 ES Empuje (kg): 56 / 66 / 72 / 75
kg Tanque gasolina: 13 L (de serie) Peso paramotor con silla: 27 /
29 kg (depende del modelo) Chasis inox. o titanio: 4 partes (de
serie) / desmontable total (opcional) Peso mximo piloto: 85 / 100 /
140 kg Combustible: Gasolina 95 oz. al 2,5 % aceite sinttico
El proveedor, BlackHawk Paramotor, se encuentra Ubicado en
Espaa, en Pol. Ind.
El Llano - C/ Croacia, Nave 4 - 13630 SOCUELLAMOS - Ciudad
Real
Utilizando la Empresa de Currier (Transporte Internacional),
F.A. Logistic
INC, que tienen una tasa de envo desde Espaa de 1240 VEF/LBS.
Dando un precio
de compra aproximado, aunado al envi de: 315.457,56VEF.
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Seleccin de Motor:
Para la seleccin del motor se tuvo en cuenta, las relaciones
peso/potencia,
desempeo, eficiencia y costo, teniendo la mejor relacin de gasto
de combustible,
gasto de mantenimiento, que cumpla con las expectativas del
equipo de reingeniera
del autogiro.
Todos los motores propuestos, provienen de otros pases, por lo
que se tom en
cuenta el tiempo de traslado, y el precio de este mismo. Los
traslados se realizaran en
barco, haciendo un tiempo de espera para la entrega al equipo de
20-35 das, y
abaratando considerablemente el precio de envo.
El motor elegido fue el SKY 110s de AIRFER, teniendo el mejor
empuje que
los dems en el mercado seleccionado, se mantiene en la media de
relacin entre el
empuje y peso y es considerablemente ms econmico que los dems.
Basta resaltar
que este motor cuenta con una proteccin de hlice, para mayor
seguridad del piloto,
y 25.6 HP de potencia suficiente para la carrera de despegue del
autogiro, adems de
garantizar una velocidad para vuelo crucero.
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Nuevo Diseo De Bancada:
Para el diseo de la bancada se tomara en cuenta las siguientes
fuerzas:
Fuerza en el Eje Vertical: Peso del Motor. Fuerza en el Eje
Longitudinal: Empuje. Momento en el Eje Longitudinal: Torque del
Motor.
Peso Motor: 13.5kg = 132.38 N
Empuje: Drag Total = 721,59 N
Torque del Motor:
= 25.6
113000.75 = 19090887.5 = 21.51 Nota: La mxima relacin potencia/
rpm se encuentra aproximadamente a 75% de
las rpm por eso se multiplica por 0.75 el mximo rpm que da el
motor.
La estructura debe aguantar soportar las siguientes
caractersticas:
Fy= -132.38 N
Fx=721.59 N
Mx= 21.51Nm
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Los materiales para el rediseo de la bancada son: Aluminio 6063
T5, Vigas L
de acero de 1 pulgada, mquina de soldadura y electrodos de
soldadura para aluminio,
acero, y hierro de alta resistencia. Debido a que la universidad
especficamente la
catedra de aeronutica cuenta en su taller con estos
materiales.
Ahora bien la Estructura actual del autogiro es la
siguiente:
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La nueva bancada propuesta es la siguiente:
Unidades en Milmetros. Est hecha de miembros estructurales
tubulares de 1x0.040 de
Aluminio 6063 T5 Soldadas cada unin por cordones de Soldadura de
aluminio
El motor con todo y bancada queda de la siguiente forma:
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El motor va empotrado a una lmina de acero de 9,07mm, conectado
con 4 Tornillo de rosca mtrica con cabeza hexagonal abridada
indentada (B18.6.7M).
Con soldadura de Acero a cada extremo de la placa, con sus
respectivas parte de la estructura tubular.
Tiene 8 aberturas en la placa para reducir la resistencia
parasita y para paso de cableado y sistemas de control del
motor.
Se dise un tanque de combustible que se adapta a la bancada:
Esta hecho de plstico PVC 0.007 Plastificado
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Capacidad de 13L
Para el acoplamiento a la Estructura se decidi quitar la bancada
anterior y se le agregara dos estructuras rectangulares
Se encuentran soldadas por soldadura de Aluminio al Botaln de
Cola Separadas del rotor principal por 215mm. Separadas ente si
315mm
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Para contrarrestar el torque generado por el motor se agregaron
dos estructuras ms a cada lado.
Dos estructuras de perfil L de acero, conectando cada estructura
rectangular a una parte del autogiro, dndole ms rigidez.
Las ms largas estn soldada a 850mm del rotor principal, y las ms
cortas a 150mm; conectadas al eje donde va el tren de
aterrizaje.
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La bancada se soldara a la estructura anterior mostrada, tiendo
as la nueva bancada
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Tomando las consideraciones de diseo donde: La estructura debe
aguantar soportar las siguientes caractersticas: Fy= -132.38 N
Fx=721.59 N Mx= 21.51Nm
Probamos la estructura en el Programa CAE, y este nos dio los
siguientes resultados:
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Mxima Tencin Axial y deflexin:
26,917MPa
El limite Elstico del Aluminio 6063 T5, es de 145MPa
Por lo que la Estructura No Falla.
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Ubicacin del Nuevo Centro de Gravedad:
Segn especificaciones de los Alumnos 801, el centro de gravedad
no debe estar ms alejado de 20cm del rotor principal, para un Vuelo
Crucero Eficiente.
La nueva bancada se encuentra a 21.5cm separados del rotor
principal. Por lo que el centro de gravedad debe estar entre el
rotor principal y la estructura de la bancada.
Se utiliz el Programa CAE, para el clculo de centro de masa
Propiedades de masa de Ensamblaje Final Configuracin:
Predeterminado Sistema de coordenadas: -- predeterminado Masa =
28.172391 kilogramos Volumen = 7225.614502 centmetros cbicos rea de
superficie = 61931.443827 centmetros cuadrados Centro de masa:
(centmetros) X = 0.135701 Y = 46.096885 Z = -119.433195 Ejes
principales de inercia y momentos principales de inercia:
(kilogramos * centmetros cuadrados) Medido desde el centro de masa.
Ix = (-0.000039, 0.086967, 0.996211) Px = 21895.509255 Iy =
(0.000078, -0.996211, 0.086967) Py = 39769.932983 Iz = (1.000000,
0.000081, 0.000032) Pz = 43025.677628 Momentos de inercia:
(kilogramos * centmetros cuadrados) Obtenidos en el centro de masa
y alineados con el sistema de coordenadas de resultados. Lxx =
43025.677576 Lxy = -0.324834 Lxz = -0.792867 Lyx = -0.324834 Lyy =
39634.744117 Lyz = 1548.595295 Lzx = -0.792867 Lzy = 1548.595295
Lzz = 22030.698172 Momentos de inercia: (kilogramos * centmetros
cuadrados) Medido desde el sistema de coordenadas de salida. Ixx =
504748.931608 Ixy = 175.904735 Ixz = -457.389026 Iyx = 175.904735
Iyy = 441494.361433 Iyz = -153554.452919 Izx = -457.389026 Izy =
-153554.452919 Izz = 81895.372465
Eso con un eje de referencia situado exactamente en la parte
frontal del autogiro. El Rotor principal est situado a 102.5cm de
este eje. Por lo que el nuevo centro de Gravedad est situado a
16.93cm por detrs del Rotor principal.
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Nuevo Centro de Gravedad.
(Sin contar el Peso del Piloto)
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Actual Centro de Gravedad (Cabe destacar que sin contar con un
motor y el peso del Piloto)
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CONCLUSIONES
Dando por cumplido los objetivos de este proyecto, se ha
realizado
satisfactoriamente el Proceso de reingeniera, quedando as en
marcha una mejora
continua de esta aeronave, para que de esta forma sirva como
base para alcanzar un
prototipo que en el futuro pueda usarse para el estudio de las
actuaciones
aerodinmicas de este tipo de naves de ala rotatoria, adems de
cumplir el rol que
amerite su innovacin y aplicacin como apoyo para la comunidad
estudiantil.
En el desarrollo del proyecto se quiso alcanzar metas especficas
dejando as
cavidad para que otros alumnos que deseen redisear otras partes
de esta aeronave
tengan la oportunidad de hacerlo apoyndose en este proyecto.
Cabe destacar que los materiales con que cuenta la catedra de
aeronutica
sirven para realizar este proyecto y el taller de esta misma
servir para la aplicacin
de dichos cambios. Se pudo ver adems que aplicndole reingeniera
a esta aeronave,
no se es afectada su aeronavegabilidad manteniendo en el rango
especificado por sus
diseadores, su centro de gravedad.
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RECOMENDACIONES
Se recomienda a los interesados en realizar este proyecto de
forma fsica:
Tomar en cuenta los gastos de todo el proyecto en general.
Mantener una Mejora Continua a la aeronave. Realizar una
reingeniera a la Avinica y sistema de control de esta
aeronave para su ptimo desempeo.
REINGENIERIA AUTOGIRO CAP I 10-05-15REINGENIERIA AUTOGIRO CAP II
10-05-15REINGENIERIA AUTOGIRO CAP III 10-05-15
