UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS

ARMADAS ESPE EXTENSIÓN LATACUNGA

INGENIERÍA AUTOMOTRIZ

ESTRUCTURAS Y ACABADOS AUTOMOTRICES

TEMA: Proyecto de Unidad.

Docente:

Ing. Stalin Mena.

Integrantes:

Alexi Bombón

Paúl Chalco

Xavier Guallichico

Carolina Villacís

Nivel:

Octavo “A”

Período:

Abril - Agosto

1. Tema

“Diseño y construcción de la carrocería para un bus urbano”.

2. Objetivos

2.1. General

Diseñar y construir una carrocería para un bus urbano, cumpliendo las normas

y requerimientos establecidos de NTE INEN de fabricación de carrocerías para

buses urbanos mediante la utilización de un software, con la finalidad de

obtener una carrocería óptima que cumpla con todos los requerimientos

establecidos.

2.2. Específicos

Buscar información de las normas necesarias para el diseño de buses

urbanos.

Seleccionar un chasis para un bus urbano en especial que tenga un

motor en la parte posterior.

Realizar un boceto de un diseño de un bus urbano.

Establecer medidas y dimensiones de la estructura en base a las

normas utilizadas.

Seleccionar el material a utilizar para el diseño de la estructura.

Utilizar un software, para realizar el diseño que se esquematizo en el

boceto.

Realizar el análisis de cargas que actúan en la carrocería diseñada,

para verificar si la misma cumple con los requerimientos de las

normas seleccionadas.

3. Marco teórico

Bus Urbano

Un autobús urbano, autobús de ciudad, autobús público o autobús de tránsito es

un autobús utilizado para el transporte público de distancias cortas. Las funciones

y especificaciones de los autobuses de tránsito no son claras, y varían en función

del operador y de la región.

Con el desarrollo de las tecnologías de construcción de autobuses y la

urbanización, aparecieron características específicas en el transporte urbano a

partir de las diferentes condiciones de operación en comparación con el uso de

otros medios de transporte privado o público de autobuses.

Las características de un autobús de tránsito están orientadas al funcionamiento

de las líneas regulares de autobuses urbanos o suburbanos, con múltiples paradas

definidas, para el conmutaje1 o viajes de ocio de corta distancia. Es algo opuesto a

transporte público en autobús interurbano con todos los pasajeros sentados o de

larga distancia en autocares; autobuses lanzadera; autobuses a demanda, como el

para tránsito, autobuses de alquiler privador. Cada vez más, los autobuses de

tránsito se construyen con suelos bajos o adaptados a estaciones de tubo. 1

Ilustración 1: Bus Urbano Fuente: www.quitoadventure.com

Normas

Las normas técnicas son herramientas decisivas para el adecuado desarrollo

productivo, precautelando la vida y cuidando al ambiente. Son instrumentos que

nos establecen requisitos que deben cumplir los productos. Para el caso del sector

automotor, en especial el transporte de pasajero, se han actualizado e

1 Wikipedia. (2014). Bus Urbano. Recuperado el 07 de julio del 2015 de https://es.wikipedia.org/wiki/Autob%C3%BAs_urbano

incorporado normas y reglamentos técnicos que permiten asegurar un transporte

cómodo, seguro y regulado.

Clasificación de los Buses Urbanos

Ilustración 2: Clasificación de los Buses Urbanos

NTE INEN 2205:2010.- El propósito de este tipo Norma Técnica NTE INEN

2205 es constatar el fiel cumplimiento de todos los requisitos que deben

cumplir los buses y minibuses urbanos de transporte masivos de pasajeros

que van a ingresar al parque automotor ecuatoriano, sean importados,

ensamblados o fabricados en el país, con la finalidad de proteger la vida y

la seguridad de las personas, el ambiente y la propiedad. 2

NTE INEN 1323:2009.- La norma NTE INEN 1323, se refiere a los requisitos

que deben cumplir las carrocerías de buses. Su vigencia data desde 1985,

pero con muy poca aplicación y control. A partir del año 2008, en Instituto

Ecuatoriano de normalización (INEN) convocó a técnicos de los diferentes

sectores para que participen en el Subcomité y establecer los requisitos

más apropiados que deben tener las estructuras de las carrocerías. Con la

participación integral del sector, es decir, fabricantes de carrocerías,

importadores de chasis, Universidades y escuelas politécnicas. 3

Estructura

El autobús urbano utiliza una estructura con un suelo bajo (monocasco) lo cual es

muy popular en la ciudad, puertas de abrir y cerrar muy amplias y un dispositivo

2 Instituto Ecuatoriano de Normalización. (2010). Vehículos Automotores Bus Urbano. 3 Instituto Ecuatoriano de Normalización. (2009). Vehículos Automotores. Carrocerías de Buses. Requisitos.

eléctrico para ofrecer más comodidad a los clientes. El sistema para desempañar el

vidrio panorámico amplía el campo visual del conductor. 4

Ilustración 3: Estructura de un bus urbano

Materiales que se utilizan en una carrocería

Tabla 1: Materiales a utilizarse en la carrocería

NOMBRE MATERIAL DE FABRICACIÓN

GRÁFICO APLICACIÓN EN LA

CARROCERÍA CARACTERÍSTICA

S TÉCNICAS NORMA DE

FABRICACIÓN

Tubos

Acero Galvanizado

Cuadrado

Se utiliza para los largueros del piso, ventanas, tubos de refuerzo lateral y también para la

parte frontal.

Esfuerzo de fluencia:

fy= 2400 Kg/cm2

Módulo de elasticidad: E= 200 GPa.

Módulo de

elasticidad por corte

G= 80 Gpa.

INEN 2415

ACERO ESTRUCTURAL

ASTM-A36

Rectangular

Se utiliza para los largueros del piso, ventanas, tubos de refuerzo lateral y también para la

parte frontal

Perfiles

Acero Galvanizado

Perfiles en L Se utiliza para los ángulos del piso,

parte inferior.

Esfuerzo de fluencia:

fy= 248 MPa

Módulo de elasticidad:

INEN 1623 ACERO

ESTRUCTURAL ASTM-A36 Perfiles en U

Básicamente son usados en el propio chasis del vehículo,

4 Merkum. (2014). Bus Urbano. Recuperado el 07 de julio del 2015, de http://www.merkumblog.blogspot.com/

se colocan como soportes laterales de la estructura en

grandes dimensiones con

otras aplicaciones en todo el conjunto

de la carrocería.

E= 200 GPa.

Módulo de elasticidad por

corte G= 80 Gpa.

Perfiles en T

Soportes inferiores de la carrocería en el alojamiento de

las ruedas.

Planchas Acero

Galvanizado

Motores, uniones, soportes, pisos,

cárter, guantera, porta estéreos, y otras partes no

expuestas.

Espesor: 0 .3 mm a 2.9 mm

ASTM A653 (Norma de

recubrimiento)

Vidrio Laminado y Templado

Parabrisas, lunetas

y ventanas

Resistencia a alta

temperatura, transmisión y

estabilidad luminosa,

resistencia a la abrasión y humedad,

distorsión óptica.

NTE INEN 1669

Tabla 2: Dimensiones y masa de los materiales estructurales

Fuente: Catálogo de Productos de NOVACERO

TIPO DIMENSIONES MASA

Cuadrado Espesor: 3

Alto:50 Ancho: 50

Volumen/m 0,000564 m3

Peso=4,4274 kg/m

Rectangular Espesor: 3 Alto:100

Ancho: 50

Volumen/m 0,000864 m3

Peso=6,7824 kg/m

Perfiles L Espesor: 3

Alto:50 Ancho: 50

Volumen/m 0,000291 m3

Peso=2,28435 kg/m

Perfiles U Espesor: 3 Alto:220

Ancho: 70

Volumen/m 0,001062 m3

Peso=8,3367 kg/m

Perfiles T Espesor: 3

Alto:50 Ancho: 50

Volumen/m 0,000291 m3

Peso=2,28435 kg/m

Tabla 3: Características y masa aproximada de accesorios

TIPO CARACTERÍSTICAS MASA

Vidrio Espesor: 8 mm Densidad 2457,6 kg/m3 Volumen/m2 0,008m3

19,6608 kg/m2

Láminas Metálicas

Espesor: 0,5 mm Densidad 7850 kg/m3

Volumen/m2 0,0005 m3 3,925 kg/m2

Asientos

Mecanismo reclinación

- Cojines, respaldos.

- Codera, apoyabrazos.

Densidad 7850 30 kg/ unidad

Láminas de fibra de vidrio

Espesor: 0,5 mm Densidad 2440 kg/m3

Volumen/m2 0,0005 m3 1,22 kg/m2

Tipos de Cargas

Carga de aceleración brusca (Ab).- Corresponde a la fuerza producida por la

aceleración brusca del vehículo.

Carga de frenado (F).- Corresponde a la fuerza producida por el frenado del

vehículo.

Carga de giro (G).- Corresponde a la fuerza producida por el giro de un vehículo.

Carga por Resistencia del Aire frontal (Raf).- Corresponde a la fuerza del aire

actuante sobre un área correspondiente a la proyección del bus en un plano

perpendicular a su eje longitudinal.

Carga muerta (M).- Corresponde al peso total de la carrocería en condiciones

operativas, lo que incluye todos los componentes estructurales y no estructurales

permanentes; es decir, la carrocería terminada con todos sus accesorios.

Carga viva (V).- Corresponde a la carga por ocupación y se la considerara como

distribuida uniformemente en los respectivos elementos estructurales de la

carrocería.

Carga de Giro (G).- Debe calcularse en función de la fuerza centrífuga que se

genera al ingresar el vehículo en una curva de determinado radio de giro y a cierta

velocidad. Esta fuerza centrífuga debera ser inferior a la fuerza de vuelco,

calculada sobre la base del peso total del bus a plena carga y su centro de

gravedad. 5

4. Desarrollo de la investigación

4.1. Cálculos

CALCULOS DE LA DISTRIBUCION DE AREAS

CÁLCULOS - DISTRIBUCIÓN DE ESPACIOS

Basándonos en la norma técnica Ecuatoriana

NTE INEN 2205: 2010 ---- Segunda Revisión

Bus Urbano Requisitos

5.1.2.4 ORGANIZACIÓN EXTERNA

A. MEDIDAS

Largo máximo: 13000 mm

Ancho máximo: 2600 mm

Altura máxima: 3500 mm

B. PUERTAS

2 Puertas # pasajeros < 70

3 Puertas # pasajeros ≥ 70

En este caso usaremos un diseño con dos puertas las cuales estarán

ubicadas

5 Instituto Ecuatoriano de Normalización. (2010). Vehículos Automotores Bus Urbano.

Puerta delantera Delante del eje frontal 900 mm x 2000 mm

Puerta trasera Entre los dos ejes 1000 mm x 2000 mm

AREA DE LAS GRADAS

El bus urbano según la norma solo puede tener máximo tres peldaños con

unas áreas determinadas, siguiendo la norma diseñaremos las áreas de la

siguiente manera

FRONTAL

1 era 900 mm x 300 mm

2 da 900 mm x 250 mm

3era 900 mm x 250 mm

POSTERIOR

1 era 1000 mm x 300 mm

2 da 1000 mm x 250 mm

3era 1000 mm x 250 mm

AREAS DE LOS ESCALONES

A continuación calculamos las áreas que va a tomar los escalones en la

plataforma ubicada sobre la carrocería del bus urbano.

GRADAS PUERTA FRONTAL

𝐴𝐸𝐹 = 𝐴1 + 𝐴2 + 𝐴3

𝐴𝐸𝐹 = 9000 ∗ (3000 + 250 + 250)

𝐴𝐸𝐹 = 900 ∗ (800)

𝐴𝐸𝐹 = 720000 𝑚𝑚2 ∗ (1 𝑚

1000 𝑚𝑚)

2

𝐴𝐸𝐹 = 0.72 𝑚2

GRADAS PUERTA POSTERIOR

𝐴𝐸𝑇 = 𝐴1 + 𝐴2 + 𝐴3

𝐴𝐸𝑇 = 10000 ∗ (3000 + 250 + 250)

𝐴𝐸𝑇 = 1000 ∗ (800)

𝐴𝐸𝑇 = 800000 𝑚𝑚2 ∗ (1 𝑚

1000 𝑚𝑚)

2

𝐴𝐸𝑇 = 0.8 𝑚2

AREA TABLERO DE CONTROLES

𝐴𝑇𝑎𝑏𝑙𝑒𝑟𝑜 = 500 𝑚𝑚 𝑥 2400 𝑚𝑚 Tapicería frontal

𝐴𝑇𝑎𝑏𝑙𝑒𝑟𝑜 = 1200000 𝑚𝑚2

𝐴𝑇𝑎𝑏𝑙𝑒𝑟𝑜 = 1.2 𝑚2

AREA SILLA EL CHOFER (CENTRADA)

Silla ajustable 120 mm desde su centro según la norma

AREA DEL CHOFER Y ESCALERAS

Esta medida está conformada por toda el área de la cabina que consta de

Panel de controles

Gradas

Silla del chofer

Entrada

𝐴𝐶 = 2000 𝑚𝑚 𝑥 2400 𝑚𝑚

𝐴𝐶 = 4.8 𝑚2

DIMENSIONES ASIENTOS PASAJEROS

𝐺 = 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑜 450 𝑚𝑚

𝑃 = 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑜 400 𝑚𝑚

𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑠𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑚𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑡𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 = 400 𝑚𝑚

𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙𝑙𝑜 ℎ𝑒𝑚𝑜𝑠 𝑡𝑜𝑚𝑎𝑑𝑜 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑑𝑒:

𝐺 = 450 𝑚𝑚

𝑃 = 430 𝑚𝑚

𝑈𝑠𝑎𝑟𝑒𝑚𝑜𝑠 𝑠𝑖𝑙𝑙𝑎𝑠 𝑑𝑜𝑏𝑙𝑒𝑠

SIMBÓLICAMENTE OBTENEMOS

TENEMOS

21 pares de sillas

1 silla solitaria

En total tenemos 43 personas sentadas

GENTE PARADA

𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜 6 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠 𝑥 𝑚2

𝑃𝑎𝑠𝑖𝑙𝑙𝑜 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 600 𝑚𝑚

AREA DEL PASILLO

𝐴𝑃𝑎𝑠𝑖𝑙𝑙𝑜 = 600 𝑚𝑚 𝑥 9850 𝑚𝑚

𝐴𝑃𝑎𝑠𝑖𝑙𝑙𝑜 = 5910000 𝑚𝑚

𝐴𝑃𝑎𝑠𝑖𝑙𝑙𝑜 = 5.91 𝑚2

Asumiremos 4 personas por 𝑚2 para nuestro bus

4 𝑃𝐸𝑅𝑆𝑂𝑁𝐴𝑆 𝑥 5.91 𝑚2

23,64 => 24 𝑃𝐸𝑅𝑆𝑂𝑁𝐴𝑆

PERSONAS EN TOTAL

𝑃𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑃𝑆𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑎𝑠 + 𝑃𝑃𝑎𝑟𝑎𝑑𝑎𝑠

𝑃𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 43 + 24

𝑃𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 67 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠

64% 𝑃𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠 𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑎𝑠

46% 𝑃𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠 𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑎𝑠

EL PORCENTAJE DE PASAJEROS CUMPLE CON LA NORMA DE BUSES URBANOS

CALCULOS DE LAS AREAS MEDIANTE EL PROGRAMA INVENTOR

Lados del bus

Area Derecha 17,92 m2

Area Izquierda 20,725 m2

Puerta delantera

Alto 2 m

Ancho 0,9 m

Área puerta delantera 1,8 m2

Puerta trasera

Alto 2 m

Ancho 1 m

Área puerta delantera 2 m2

PISO Y TECHO

Area del Piso 27,02 m2

Area del Techo 26,91 m2

Posterior del bus

Área total posterior del bus 5,17 m2

Delantera del bus

Área total delantera del bus 1,87 m2

VIDRIOS

Laterales

Izquierdo 10,72 m2

Derecho 7,98 m2

Área neta de los lados para los vidrios 18,7 m2

Área neta de las puertas para los vidrios 3,8 m2

Parabrisas delantero

Área total parabrisas 3,94 m2

Parabrisas trasero

Área total parabrisas delantero 1,07 m2

4.2. Bocetos

4.3. Diseño estructural

4.4. Análisis estático y dinámico

TOTAL DE LAS AREAS Área total para la chapa 96,375 m2

Área total para la fibra de vidrio 7,04 m2

Área total para el vidrio 27,51 m2

MASA DE LOS MATERIALES

Asiento

Asiento 4 Kg

Número de asientos 43

Masa total de los asientos 172 Kg

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Plancha de acero estructural

Ancho 1,22 m

Largo 2,44 m

Área de la plancha 2,9768 m2

Masa de la plancha 46,74 Kg

Vidrio

Espesor 6 mm

Densidad 15 Kg/m2

Fibra de vidrio

Espesor 2 mm

Densidad 2480 Kg/m3

REQUISISTOS DE FUERZA Y CARGAS

Estructura 880,373 Kg

Chapa 1513,224772 Kg

Vidrio 412,65 Kg

Fibra de vidrio 34,9184 Kg

Asientos 172 Kg

CARGAS ESTÁTICAS

Peso Carrocería 3059,247772 Kg

Peso Chasis Isuzu LV150 5550 Kg

Peso Total 8609,247772 Kg

Valor de Carga Muerta M 84456,72064 N

Ocupante 70 Kg

Número de Pasajeros 67

Masa de Pasajeros Mp 4690 Kg

Valor de Carga Viva V 46008,9 N

CARGAS DINÁMICAS

Velocidad Inicial Vi 25 m/s

Velocidad Final Vf 0 m/s

Desplazamiento S 85 m

Aceleración de Frenado a -3,676470588 m/s2

Masa Total Mt 13299,24777 Kg

Carga de Frenado F 48894,29328 N

Velocidad Inicial Vi 0 m/s

Velocidad Final Vf 25 m/s

Desplazamiento S 85 m

Aceleración a 3,676470588 m/s2

Masa Total Mt 13299,24777 Kg

Carga de Aceleración Ab 48894,29328 N

Velocidad de Giro V 25 m/s

Radio de Giro r 350 m

Aceleración de giro a 1,785714286 m/s2

Masa Total Mt 13299,24777 Kg

Carga de Giro G 23748,65673 N

Coeficiente de resistencia aerodinámica Cx 0,7

Densidad del Aire ρ 1,225 Kg/m3

Área Correspondiente a la proyección del Autobús Af 7,6202 m2

Velocidad del Autobús V 25 m/s

Carga por Resistencia del Aire Frontal Raf 81,67901875 N

4.5. Análisis de flujos de aire (aerodinámico)

Método LRFD (Load Resistance Factor Design)

1,4M+V 164248,3089 N

1,2M+1,6V+0,5G 186836,6331 N

1,2M+0,5V+1,6G 162350,3655 N

1,2M+1,6F+0,8Raf 179644,2772 N

1,2M+0,5V+0,5F+1,3Raf 148905,8441 N

1,2M+1,5Ab+0,5V 197693,9547 N

0,9M-1,3Raf 75904,86585 N

0,9M+1,3Raf 76117,2313 N

5. Análisis de resultados

Diagramas estadísticos

6. Conclusiones

Se visualizó que en el bus urbano depende del número de pasajeros para

el numero de las puertas que debe contener el mismo, en nuestro caso al

ser menor de 70 obtuvimos un bus con dos puertas solamente

Pudimos ver que el material de construcción de la carrocería afecta de una

manera notable en el peso total del bus, no pudiendo así implementar

cualquier material debido a que tenemos que regirnos a la norma y al

material disponible en el país

Pudimos observar que la masa total del bus es la característica principal

para la obtención de las cargas que se presentan en el mismo, de igual

manera afectan así las dimensiones generales

7. Recomendaciones

Para el diseño del bus debemos obtener las normas de construcción de la

carrocería a elaborar porque cada tipo de carrocería cuenta con sus

restricciones de diseño propias.

Debemos tener claro los rangos de diseño de las medidas y no sobreasar

los mismos solo por hacer coincidir ciertas medidas, debido a que de esta

forma se está rompiendo las normas de construcción

Tener en cuenta el cálculo del número de pasajeros antes de poner el

número de puertas y salidas de escape para evitar tener que modificar el

diseño establecido

8. Bibliografía

Wikipedia. (26-12-2014). Autobús urbano. [en línea]. Recuperado el 07 de julio del

2015. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Autobús_urbano.

Merkum. (2014). Bus Urbano. Recuperado el 07 de julio del 2015, de

http://www.merkumblog.blogspot.com/

9. Referencias

Instituto Ecuatoriano de Normalización. (2010). Vehículos Automotores Bus

Urbano.

Instituto Ecuatoriano de Normalización. (2009). Vehículos Automotores.

Carrocerías de Buses. Requisitos.

10. Anexos