Diseo de un carrusel accionado por padres para aprovechamiento de energa humana en

espacios pblicos Carlos Chiriboga#1, Santiago Rodrguez#1, Jorge Luis Jaramillo#2

#1Profesionales en formacin TIET, Universidad Tcnica Particular de Loja #2Docente investigador de la STE del DCCE, Universidad Tcnica Particular de Loja

Loja, Ecuador 2015

1 cachiriboga@utpl.edu.ec, 1sarodriguez@utpl.edu.ec,

2jorgeluis@utpl.edu.ec

Resumen - En este documento se describe los resultados obtenidos en la etapa de diseo de un carrusel accionado por padres para el aprovechamiento de energa humana en espacios pblicos. Palabras claves energa, energa renovable, energa humana, aprovechamiento de energa humana en espacios pblicos, actividades ldicas integradoras.

I. INTRODUCCIN

Como parte de la iniciativa para el aprovechamiento de fuentes renovables de energa en el Parque Recreacional Jipiro (PRJ) de la ciudad de Loja, impulsada por la Seccin de Electrnica y Telecomunicaciones del Departamento de Ciencias de la Computacin y Electrnica de la Universidad Tcnica Particular de Loja, y el Gobierno Autnomo Descentralizado Municipal de Loja, se identific el inters por el aprovechamiento de energa humana.

Una vez analizado el estado del arte en este tema, se

determin la factibilidad de implementar en el PRJ, al menos 3 potenciales aprovechamientos: carrusel para generacin de energa elctrica, carrusel accionado por padres, y, zona hmeda accionada por padres.

En este documento se describe los resultados obtenidos

en la etapa de diseo del carrusel accionado por padres.

II. DISEO DEL CARRUSEL ACTIVADO POR PADRES

A. Generalidades

El modelo conceptual del carrusel accionado por padres, corresponde al modelo desarrollado en el Thtre de la Toupine [1], fabricado de materiales tales que garanticen una buena perfomance del carrusel ante variaciones de peso de los usuarios y la influencia de los elementos (sol, agua, y lluvia). La Fig. 1 muestra que los

padres proporcionarn la energa mecnica requerida para el funcionamiento del carrusel, y, que en los puestos de la plataforma giratoria se incorporar elementos de la fauna local. Adicionalmente, se integrar facilidades para personas con discapacidad.

Fig.1. Panormica de la propuesta del carrusel accionado por

padres para el RPJ. [Diseo de los autores]

B. Arquitectura propuesta para el carrusel

El carrusel a disear constar de tres mdulos: traccin, transmisin, y plataforma (ver Fig. 2). En calidad de mdulo de traccin se adaptar un subibaja tradicional, como transmisin se emplear un mecanismo de conversin de movimiento vertical en rotatorio, y, en la plataforma se ubicar un tiovivo tradicional.

Fig.2. Arquitectura propuesta para el carrusel activado por padres.

[Diseo de los autores]

Mdulo de traccin

Mdulo de transmisin

Plataforma giratoria

C. Diseo del mdulo de traccin

La energa requerida para potenciar el movimiento rotatorio de la plataforma del carrusel, provendr de un subibaja adaptado.

En este proyecto, el subibaja transformar la

energa humana disipada en los movimientos ascendentes y descendentes de los usuarios, en energa mecnica, empleando engranajes y cadenas para redireccionar el movimiento (ver Fig. 3). La Tabla 1 resume los criterios bsicos de diseo del subibaja.

Tabla 1.

Parmetros bsicos de diseo del subibaja. [Diseo de los autores]

Parmetro Valor

Nmero de usuarios 2 adultos

Peso mximo a soportar 150 Kg

rea ocupada por la estructura 1 m x 3 m

Peso mximo de la estructura 105 Kg

Tiempo movimiento ascendente

descendente 3 segundos

El material ms apropiado para la construccin del carrusel se eligi a travs del anlisis comparativo de las cualidades de 3 de los materiales ms utilizados en el medio (ver Tabla 2). Como resultado se escogi utilizar acero.

Tabla 2.

Parmetros para la seleccin del material a utilizar. [Diseo de los autores]

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urso

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icla

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l

Madera x 400 x x 110Kg x

Acero 600 x 150Kg

Plstico x 380 x 60Kg x

Las Fig. 4 a la 8 muestran en detalle la geometra de

las partes constitutivas del subibaja. La Tabla 3 resume el diseo geomtrico del carrusel, y, la Tabla 4 muestra las especificaciones tcnicas de los componentes del subibaja.

Fig. 3. Estructura general del subibaja (mdulo de traccin del carrusel). [Diseo de los autores] A- asientos, B- manubrio, C- barra, D- cadena, E- cadena, F-soporte, G-catalina, H-tensor, I- trinquete, J- placa base, K-pernos de anclaje, L- pin transmisor

Fig. 4. Detalle del diseo geomtrico de la base del subibaja. [Diseo de los autores]

Fig. 5. Detalle de la geometra del sistema de engranajes del subibaja a utilizar como mdulo de traccin. [Diseo de los autores]

Fig. 6. Detalle de la geometra del sistema de engranajes del subibaja a utilizar como mdulo de traccin. [Diseo de los autores]

Fig. 7. Detalle del diseo geomtrico del soporte de la base del subibaja. [Diseo de los autores]

Fig. 8. Detalle del diseo geomtrico de los asientos del subibaja. [Diseo de los autores]

Tabla 3. Resumen general del diseo geomtrico del subibaja. [Diseo de

los autores] Elemento Longitud, m Alto, m Ancho, m

Asiento (interior) 0,35 0,02 0,23

Asiento (exterior) 0,31 0,01 0,19

Manubrio 0,34 0,22 0,03

Barra 3,20 0,03 0,03

Soporte 0,21 0,55 0,21

Eje 0,49 0,29 0,41 0,01

Plancha 0,50 0,01 0,50

Pernos de anclaje 0,01 0,05 0,01

Catalina 0,01 0,17 0,17

Tensor 0,01 0,05 0,05

Pin 0,02 0,05 0,05

Eslabn 0,04 0,01 0,01

Tabla 4.

Especificaciones tcnicas de los componentes del sube y baja. [Diseo de los autores]

Catalina

Modelo Shimano Tourney FC M171

Piones traseros 8/7/6

Combinacin de los dientes del conjunto de platos

42-34-24 T

Largo de biela 170/175 mm

Cadena aplicable KMC Z50

Peso

Cadena

Modelo KMC Z50

Numero de Eslabones 116

Compatibilidad del sistema 6 y 7 velocidades

Peso 369 g

Ancho 7,3 mm

Catalina Compatible Shimano Tourney FC M171

Pin

Modelo TZ21-28T

Numero de dientes rosca, 14-28 T

Compatibilidad del sistema 6 y 7 velocidades

Peso 0.07 lb

Catalina compatible Shimano Tourney FC M171

Cadena compatible KMC Z50

D. Diseo del mdulo de transmisin

Este mdulo permitir transmitir la energa mecnica producida en el subibaja, hacia la plataforma giratoria, utilizando 2 varillas de transmisin, desmontables. En el mdulo de transmisin se utilizan engranajes tipo observatorio, con lo que se garantiza que la transmisin sea constante [5], y que no existan prdidas mecnicas por deslizamiento [6] (ver Fig.9).

La Tabla 5 resume los parmetros bsicos de diseo del mdulo de transmisin.

Tabla 5.

Parmetros bsicos de diseo del mdulo de transmisin [Diseo de los autores]

Parmetro Valor

Mdulos a ensamblar 2

Modo de transmisin horizontal a vertical

rea ocupada por la estructura 3 m x 3 m

Peso mximo de la estructura 15 Kg

En la Tabla 6 resume el diseo geomtrico general

del mdulo de transmisin. La Tabla 7 resume el diseo propuesto para la barra de transmisin.

Tabla 6.

Resumen general del diseo geomtrico del mdulo de transmisin. [Diseo de los autores]

Elemento Longitud, m Alto, m Ancho, m

Engranaje (interior) 0,33 0,02 0,33

Engranaje (exterior) 1,56 0,02 1,56

Barra 2,65 0,05 0,05

Engranajes helicoidales 0,17 0,17 0,17

Tabla 7.

Geometra de la barra de transmisin. [Diseo de los autores] Tubo Ensamblaje

Modelo Acero inoxidable AISI 304

Dimetro Exterior 60,30 mm

Dimetro Interior 54,78 mm

Espesor de la pared 2,77 mm

Peso 6,44 Kg/metro

Las Fig.10 a la 12 muestran detalles de diseo del

mdulo de transmisin, y, de su conexin con el mdulo de traccin.

Fig. 9. Estructura del mdulo de traccin propuesto. [Diseo de los autores]

A- barra de acero, B- ensamblaje, C- engranajes internos y externos, D- engranajes helicoidales

Fig. 10. Geometra general del mdulo de transmisin. [Diseo de los autores]

Fig. 11. Mdulo de transmisin caja de proteccin de los engranes helicoidales conectados a la base de la plataforma [Diseo de los autores]

Fig. 12. Mdulo de transmisin conectado a los mdulos del subibaja y de la plataforma [Diseo de los autores]

E. Diseo de la plataforma giratoria

Se define a un carrusel, tiovivo o calesita, como un medio de diversin que consta de una plataforma circular rotatoria, con asientos para los pasajeros [7]. En el marco de este proyecto, se concibi que la plataforma giratoria correspondiera a lo mostrado en la Fig.13. Los parmetros de diseo se resumen en la Tabla 8.

Tabla 8. Parmetros bsicos de diseo de la plataforma giratoria. [Diseo

de los autores]

Publico Nios de 4 a 7 aos

Capacidad 6 Nios por turno

Duracin 5 horas por da

Espacio de Instalacin Se necesita un espacio fsico de 7 x 7 metros. (tiovivo)

Peso de la estructura 1 Tonelada

Montaje/Desmontaje 2 horas con la ayuda de una persona

La Tabla 9 resume el diseo geomtrico general de

la plataforma. Las Fig. 14 a la 16 muestran detalles del diseo de la plataforma.

Tabla 9. Resumen general del diseo geomtrico de la plataforma. [Diseo

de los autores] Plataforma

Elemento Ancho Alto Long.

Soporte 0,18 m 1,75 m 0,18 m

Techo 6,50 m 0.45 m 6,50 m

Base_1 3,50 m 0,20 m 3,50 m

Base_2 2,41 m 0,26 m 2,41 m

Rampa 0,74 m 0,57 m 0,20 m

Asientos

Elemento Ancho Alto Long.

Cndor 1,38 m 0,47 m 0,35 m

Tortuga 0,70 m 0,56m 1,18 m

Llama 0,33 m 1,20 m 1,06 m

Leopardo 0,41 m 0,60 m 1,46 m

Oso de Anteojos 0,56 m 0,70 m 1,18 m

Silla de Ruedas 0,71 m 0,99 m 1,16 m

Fig. 13. Estructura de la Plataforma. [Diseo de los autores] A- cubierta, B- soporte, C- animales, D- piso , E- base, F-engranaje, G-espacio silla de ruedas, H-rodamiento, I- rampa, J- eje rotatorio,

K-placa base,

Fig. 14. Geometra general de la plataforma [Diseo de los autores]

Fig. 15. Detalle de la geometra del soporte de la plataforma [Diseo de los autores]

Fig. 16. Detalle de la geometra de los asientos [Diseo de los autores]

IV. CONCLUSIONES

Los resultados obtenidos muestran la factibilidad tcnica de implementar un carrusel accionado por padres, para el aprovechamiento de energa humana en espacios pblicos.

V. REFERENCIAS

[1] THTRE DE LA TOUPINE, Bestiaire Alpin. [Online]. Disponible en: http://www.theatre-toupine.org/even_15_un-manege-theatre-ecologique.html.

[2] DIPAC, Productos de Acero, [Online]. Disponible en: http://www.dipacmanta.com/alineas.php?ca_codigo=3801

[3] ACESCO, Detalles constructivos de porticos. [Online]. Disponible en: http://www.acesco.com/downloads/detalles/Porticos.pdf

[4] MecanESO, Ruedas de friccin, [Online]. Disponible en: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/mecanismos/mec_rueda_friccion.htm

[5] ISES, Instituto Salesiono de Estudios Superiores, Transmisin por engranajes. [Online]. Disponible en: http://biblioises.com.ar/Contenido/600/621/04-engranajes1.pdf

[6] MecanESO, Multiplicador de Velocidad. [Online]. Disponible en: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/mecanismos/mec_eng_multiplicador.htm

[7] Carrusel, [Online]. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Carrusel