Diseño de una bicicleta eléctrica autosustentable

PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN

(CI-02/2015)

NOMBRE DE LA INSTITUCIÓN

1. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

1. Resumen

Hoy en día transportarse de un punto a otro es muy complicas y costoso, debido varios factores como puede ser tráfico, marchas, costo de los combustibles, costos de placas, refacciones, etc.

La idea inicial de este proyecto es buscar erradicar el uso de combustibles fósiles, ya que no son renovables y contaminan mucho, y una bicicleta es una alternativa muy buena, la implementación de un motor seria para apoyar o facilitar el uso en zonas con pendientes muy elevadas o tramos un extensos.

Es por es que me surgió la idea de este proyecto, este ayudaría de gran manera a solucionar este problema. El tener una bicicleta de buenas prestaciones llamaría la atención de las personas y les daría un interés por ella. Lo principal seria conseguir apoyos en instituciones públicas y/o privadas, para poder difundir una cultura del uso de medios alternos para el transporte que es el principal problema que existe en nuestro país.

1. Introducción

En este proyecto se llevará acabo el diseño de una bicicleta eléctrica, la cual se busca sea de buenas características y pueda competir con las existentes.

La idea es realizar varios diseños en un software CAD, para verificar en base a simulaciones de pruebas de resistencia la mejor opción, además de esto con la ayuda de un programa se seleccionaría un material resistente y económico. Aunque también manejable para que el proceso de manufactura del cuadro no sea complicado y/o caro a la hora de la producción.

Otra importante es una alternativa para generación de energía que pueda mantener los accesorios de la bicicleta en funcionamiento, esto para darle más vida a la batería y dedicarla solo al motor.

1. Antecedentes

En este reporte pondré los artículos más importantes que existen sobre el tema

1.3.1 DISEÑO DE CUADRO PARA BICICLETA ELÉCTRICA

Presentado por: Ibarra Melo Marcial Yoel / Medina Jiménez Cesar

Universidad autónoma nacional de México [1]

En esta tesis los estudiantes, tuvieron como objetivo diseñar un cuadro para una bicicleta eléctrica, debido a las necesidades que ellos ven en su ciudad ya que la ciudad de México necesita formas alternas para hacer circular a sus ciudadanos, ya que con los transportes existentes es muy difícil darle movimiento a las grandes masas de personas que entran y sale de la ciudad día a día.

Ellos buscaron un diseño diferente a lo existente para ello utilizaron un software CAD, después hicieron sus respectivos cálculos y comprobar si la estructura que se había propuesto era lo suficientemente resistente. Se seleccionaron los materiales que fueron los mejores posibles de acuerdo a las simulaciones (figura 1.1), además de los componentes eléctricos y mecánicos buscando que fueran lo más adecuados en cuanto a su cuadro

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Como se observa en la figura 1.2 el diseño se realiza de tal manera de que los accesorios eléctricos fueran integrados dentro del cuadro.

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1.3.2 DISEÑO DE UNA BICICLETA ELÉCTRICA CON CUADRO ADAPTABLE

Presentado por: David Poch Vives / Juanjo Blanco Nicolás [2]

En este proyecto se buscó hacer una bicicleta eléctrica, pero con una diferencia, esta bicicleta tiene un cuadro adaptable.

La realización del proyecto dispone de dos líneas básicas: diseño de un cuadro adaptable y profundizar en el aprendizaje sobre el funcionamiento del programa Unigraphics. El proyecto se enfoca en el diseño de un cuadro innovador con la ayuda del dicho programa.

La finalidad es que un modelo de cuadro se adapte a varios usuarios, a los cuales, les correspondería cuadros de diferentes tallas. Esto se consigue gracias a la regulación de las piezas que componen la bicicleta.

El proyecto se plantea la idea de poder tener una bicicleta versátil para todo el mercado, además de innovar con su diseño. Algo a destacar es el uso de un programa diferente, para el diseño y simulación del cuadro.

En este proyecto se seleccionó como material el aluminio (figura 1.3), poniendo hincapié en el reciclado para obtenerlo, también se hicieron cálculos significativos y pruebas en la simulación (figura 1.4).

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1.3.3 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA BICICLETA DE TRANSMISIÓN ELÉCTRICA

Presentado por: Adrián Areces González / Álvaro Noriega González

Universidad de Oviedo [3]

La realización de este proyecto consiste en el diseño del cuadro de una bicicleta en la cual se sustituye la transmisión y el cambio mecánicos por una transmisión eléctrica.

Para ello se dispone de un generador eléctrico con el que el ciclista produce la energía eléctrica mediante el pedaleo para así alimentar un motor que hace girar la rueda trasera.

También se implementó un sistema de control eléctrico, un diseño y fabricación de un generador eléctrico. Además, le dan importancia a la contaminación que se hace y es uno de los motivos por el cual se realiza este proyecto.Con la simulación (figura 1.5) se demostró que el peso del cuadro diseñado es superior al de una bicicleta convencional.

En este proyecto le dieron mucha importancia el diseño y fabricación del generador, esto se vio reflejado a la hora de las realizar el cuadro, ya que no seleccionaron de manera efectiva el proceso de producción del mismo.

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1. Marco teórico

METODOLOGÍA DEL DISEÑO [4]

EL DISEÑO EN INGENIERÍA MECÁNICA

El diseño mecánico es el diseño de objetos y sistemas de naturaleza mecánica; piezas, estructuras, mecanismos, máquinas y dispositivos e instrumentos diversos. En su mayor parte, el diseño mecánico hace uso delas matemática, las ciencias de uso materiales y las ciencias mecánicas aplicadas a la ingeniería.

El diseño de ingeniería mecánica incluye el diseño mecánico, pero es un estudio de mayor amplitud que abarca todas las disciplinas de la ingeniería mecánica, incluso las ciencias térmicas y de los fluidos. A parte de las ciencias fundamentales se requieren, las bases del diseño de ingeniería mecánica son las mismas que las del diseño mecánico y, por, consiguiente, éste es el enfoque que se utilizará en el presente texto.

FILOSOFÍA DEL DISEÑO MECÁNICO [5]

El diseño es una actividad mental, una actividad fruto del intelecto mediante la cual se generan una serie de ideas respecto a la solución práctica de un problema que requiere del desarrollo y/o construcción de una máquina, mecanismo, dispositivo y/o la creación de un proceso. Desde un punto de vista amplio el proceso de diseño es aplicable a las artes como a las actividades técnicas. El proceso de diseño implica la definición clara de que es lo que se debe desarrollar, como debe funcionar, como se debe hacer, las funciones, los requerimientos, etc.

El diseño tiene diferentes niveles dependiendo del grado de profundidad que se le dé a la solución. Este puede ser simplemente los esquemas, plano o bocetos sobre una obra o maquina o puede tener una mayor complejidad e incluir las memorias de cálculo que permiten dimensionar el tamaño de los componentes, la selección de los materiales, la simulación computacional del funcionamiento del equipo, entre otras.

En general puede decirse que el diseño es la formulación de un plan integral realizado por un grupo interdisciplinario, cuyo objetivo es satisfacer una necesidad. Para llevar a cabo el diseño mecánico es necesario tener bases fuertes en las áreas de la mecánica de materiales, dibujo, mecanismos, materiales de ingeniería y procesos de fabricación principalmente. Dependiendo del objeto del diseño es probable que se tenga que aplicar principios de la mecánica de fluidos, termodinámica, turbomáquinas y algunas más.[pic 14]

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• El establecimiento de la necesidad es lo que da inicio a la búsqueda de una solución.
• La identificación del problema es lo que causa que exista esa necesidad
• La síntesis es el proceso en el cual comienza el desarrollo del diseño como tal. Se ha recopilado toda la información pertinente y se formulan una o varias alternativas de solución y se hace los análisis preliminares, se establecen costos, materiales, limitaciones, ventajas y desventajas de las opciones planteadas.
• En el análisis y optimización se trabaja usualmente sobre la mejor alternativa y se le hace un estudio más completo de su viabilidad técnica y económica. Se tienen todas las memorias de cálculo y se aplican técnicas avanzadas para determinar si la alternativa es funcional o no. Es posible que se hayan desarrollado prototipos o simulaciones en esta etapa.

• La evaluación, sugiere que con base a criterios objetivos se determine si la opción es aceptada o no. Esta etapa, puede requerir en el caso de que se hayan construido prototipos o modelos de la realización de ensayos y de simulaciones para determinar su comportamiento y desempeño.

PARÁMETROS O CRITERIOS DE DISEÑO

• La resistencia requerida en los diferentes componentes dadas las solicitaciones de carga a las que van a ser sometidos, las condiciones de operación, incluyendo el entorno (tipo de atmósfera, humedad, temperatura) y la vida esperada del mismo.
• Los materiales a emplear en la fabricación de los componentes, los cuales tienen
• diferentes características en cuando a sus propiedades mecánicas, físicas y químicas. Además de los aspectos relacionados con su costo, fabricación, manipulación y disponibilidad., entre otros.
• Los costos en los que se debe incurrir para el desarrollo del proyecto, la
• materialización del diseño. Estos costos están relacionados, como ya se mencionó, con los materiales, los procesos de fabricación, ensamblaje, las pruebas técnicas y demás recursos requeridos durante la etapa de construcción y prueba y optimización. La solución o el diseño puede ser muy bueno y cumplir a cabalidad con todos los requerimientos especificados, pero si su costo supera el presupuesto tazado para el proyecto, este será finalmente rechazado o deberá ser modificado de tal forma que se cumpla con los objetivos y el costo este dentro de lo estipulado.
• El tiempo disponible para la realización del proyecto, desde la fase de concepción
• hasta la entrega.
• El peso de la estructura puede ser un factor determinante en el diseño, y usualmente debe tenerse especial cuidado al momento de la realización de los cálculos de los esfuerzos a los que está sometido el material. En ocasiones debe analizarse la relación resistencia mecánica peso como un criterio adicional para la
• selección del material a emplear en la construcción de la maquina o del componente mecánico.

FACTORES DEL DISEÑO

A veces, la resistencia de un elemento es muy importante para determinar la configuración geométrica y las dimensiones que tendrá dicho elemento, en tal caso se dice que la resistencia es un factor importante de diseño.

La expresión factor de diseño significa alguna característica o consideración que influye en el diseño de algún elemento o, quizá, en todo el sistema. Por lo general se tiene que tomar en cuenta varios de esos factores en un caso de diseño determinado. En ocasiones, alguno de esos factores será crítico y, si se satisfacen sus condiciones, ya no será necesario considerar los demás. Por ejemplo, suelen tenerse en cuenta los factores siguientes:

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