proyecto fisica 1
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FACULTAD DE INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
TEMA :
SISTEMA DE TECHOS RETRÁCTILES
CURSO :
FÍSICA I
PROFESOR :
DAVID A. ASMAT CAMPOS
INTEGRANTES:
CAMACHO PAREDES, NICK.
CASTRO PACHECO, JOSÉ
RAMOS ZAVALETA, ROBERTH
RIOS HORNA, KEVIN
TRUJILLO – PERÚ2013
SISTEMA DE TECHOS RETRACTILES
I. RESUMEN:
Los sistemas de techo retráctiles consisten en La mecanización "tradicional"
que requiere la instalación de grandes ruedas que muevan los paneles del
techo a través de una superficie. Una sección de techo rodante se mueve a
través de un camino y puede configurarse para adaptarse a una variedad de
instalaciones.
Los precios de los techos retráctiles son muy elevados y solo se encuentran
presentes en estadios lujosos, grandes coliseos y en las mansiones de algunas
familias adineradas.
En el siguiente proyecto tocaremos a profundidad las estructuras que
componen los techos retráctiles, así como también su diseño y función que
cumplen, para poder cambiar los componentes que conforman su estructura,
hacerlo menos complejo y costoso a la vez, pero sin alterar la función que
cumplen, logrando así que mas familias puedan adquirirlo para proteger sus
viviendas de los fenómenos atmosféricos y dándole un toque elegante al lugar
donde viven.
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II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:
¿Cómo podemos reducir los costos en el uso de techos retractiles para beneficiar a la
población?
III. FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS:
Una manera de poder reducir los costos es utilizando materiales más cómodos como
por ejemplo reemplazar el cristal templado por la microfibra (policarbonato), y así
aligerar la estructura ya que no será necesario colocar rieles que soporten un mayor
peso y el motor reducirá su capacidad.
IV. OBJETIVOS:
a. Objetivo General:
Reducir el costo de sistemas de techos para el beneficio de la población.
b. Objetivos Específicos:
i. Conocer los distintos mecanismos y diseños de motores a utilizar.
ii. Obtener la carga necesaria que soportaran los motores, para la
construcción de los techos.
iii. Conocer el tiempo de vida de las estructuras y mecanismos que
emplearemos
iv. Diseñar a pequeña escala una vivienda en el cual podamos
demostrar los beneficios de los techos retractiles.
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V. FUNDAMENTO TEÓRICO:
a. TECHOS RETRÁCTILES: Existen tres tipos de techos retráctiles:
i. Techos Rodantes: Se puede instalar un techo rodante sobre una
superficie plana, un diseño ideal para un sistema de mecanización
increíblemente eficiente, o sobre una superficie con un ángulo
pronunciado o una superficie redonda, creando una impresionante
posición arquitectónica.
Se pueden utilizar muchos métodos para mover el techo,
incluyendo cajas motorizadas que utilizan fricción para mover el
techo, tambores de cable que halan la sección del techo y
poderosas unidades de cremallera y piñón que pueden manejar las
inclinaciones más pronunciadas.
Cuando un área grande requiere un techo retráctil, un techo
rodante a menudo puede ser la solución ideal. Un techo rodante
brindará una estupenda cobertura y a menudo puede moverse por
simples sistemas de mecanización. La fortaleza estructural de un
techo retráctil puede ser mucho más fácil de manejar con un
sistema rodante porque las cargas pueden transferirse
directamente a una estructura estática de las instalaciones.
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ii. Techos Plegables: Materiales flexibles utilizados como techo
pueden brindar muchos beneficios para el diseño y el costo en
general de un proyecto. Un atractivo techo plegable de tela es una
solución perfecta para un patio o jardín al aire libre con la
estructura alrededor del ambiente.
Al utilizar una estructura alrededor de un ambiente al aire libre, un
techo plegable de tela puede replegarse o desplegarse por dos
rieles paralelos. La tela está unida a unidades de mecanización
dentro de la estructura y mientras esas unidades se mueven, el
techo se despliega cuidadosamente hasta que se estira por
completo, creando un refugio contra vientos leves y lluvia.
Dependiendo del material seleccionado para un techo de tela, se
puede permitir cierta cantidad de luz del sol a través del material
según se desee para un lugar en particular a la vez que todavía se
bloquea el viento.
iii. Techos Giratorios: Un sistema de techo giratorio requiere un punto
de rotación para los paneles operables, y pueden utilizarse varias
unidades de mecanización para movilizar los paneles. Los paneles
de techo pueden diseñarse para que se abran por completo y
descansen en un lugar discreto, escondidos a la vista o pueden
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diseñarse para que tengan una ubicación de “fin de carrera” bien a
la vista, dándole al techo dos propósitos muy importantes:
Cuando están cerrados, los paneles de techo protegerán el
ambiente interior de un clima riguroso.
Cuando estén abiertos, los paneles de techo agregan y realzan el
tema arquitectónico del edificio.
Los paneles de techo giratorios pueden sostenerse por completo
estando cerrados o en voladizo para ajustarse a las necesidades de
una edificación en particular.
b. CREMALLERA – PIÑÓN:
Permite convertir un movimiento giratorio en uno lineal continuo, o
viceversa.
Aunque el sistema es perfectamente reversible, su utilidad práctica
suele centrarse solamente en la conversión de giratorio en
lineal continuo, siendo muy apreciado para conseguir movimientos
lineales de precisión (caso de microscopios u otros instrumentos
ópticos como retroproyectores), desplazamiento del cabezal de los
taladros sensitivos, movimiento de puertas automáticas de garaje,
sacacorchos, regulación de altura de los trípodes, movimiento de
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estanterías móviles empleadas en archivos, farmacias o bibliotecas,
cerraduras.
La relación entre la velocidad de giro del piñón (N) y la velocidad
lineal de la cremallera (V) depende de dos factores: el número de
dientes del piñón (Z) y el número de dientes por centímetro de la
cremallera (n).
c. PUNTO DE ROTACIÓN:
Punto alrededor del cual gira un objeto, por ejemplo, el punto en el que se
encuentran fijas las manecillas del reloj; o el centro de un círculo es un
punto terminal del radio conforme el radio gira 360 grados alrededor de
ese punto, el otro punto terminal determina la ubicación de puntos en el
círculo.
d. TRACCIÓN:
Se denomina tracción al esfuerzo interno a que está sometido un cuerpo
por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a
estirarlo.
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e. BISAGRAS:
Es un herraje articulado que posibilita el giro de puertas, ventanas o
paneles de mueble, cuenta con dos piezas; una de las cuales va unida a la
hoja y gira sobre un eje permitiendo su movimiento circular.
f. PANELES ESTRUCTURALES:
Es un elemento modular formado por tiras de polietileno expandible, con
refuerzo constituido por mallas de alambre bidireccional y transversal para
unión de ambas capas, el cual se cubre con concreto u otro material que le
proporcione rigidez.
g. SUSPENSIÓN INDEPENDIENTE:
Es aquella que consiste en que cada rueda está conectada al automóvil de
forma separada con las otras ruedas, lo cual permite que cada rueda se
mueva hacia arriba y hacia abajo sin afectar la rueda del lado.
h. FUERZAS QUE INTERVIENEN:
i. Momento lineal:
Siempre que hablamos de movimiento nos referimos a los
conceptos de posición, velocidad y aceleración para describirlo. Y
cuando nos referimos a interacciones entre cuerpos siempre
hablamos de fuerzas.
En forma natural, estos dos hechos físicos, movimiento de un
cuerpo y fuerzas que actúan sobre él, se relacionan.
Todos sabemos que un cuerpo en movimiento tiene la capacidad de
ejercer una fuerza sobre otro que se encuentre en su camino.
Llamaremos momento lineal o cantidad de movimiento a la
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magnitud que nos permite medir esta capacidad (algunos la llaman
momentum).
Fue el propio Newton quien introdujo el concepto de momento
lineal (aunque él lo llamaba cantidad de movimiento) que combina
las magnitudes características de una partícula material en
movimiento: su masa (toda partícula material tiene masa) y
su velocidad (magnitud que caracteriza el movimiento).
Un cuerpo puede tener una gran cantidad de movimiento
(momento lineal) si tiene una masa muy grande o si se mueve a
gran velocidad.
Matemáticamente, el momento lineal ( ) se define
como:
ii. Conversión de movimientos circulares a lineales:
Permite convertir movimientos circulares en movimientos lineales.
Existen distintos mecanismos para poder ejecutar la conversión de
movimientos lineales en circulares tales como:
1. Mecanismo biela-manivela :
Este mecanismo se crea con dos barras unidas por
una unión de revoluta. El extremo que rota de la barra (la
manivela) se encuentra unida a un punto fijo, el centro de
giro, y el otro extremo se encuentra unido a la biela. El
extremo restante de la biela se encuentra unido a un pistón
que se mueve en línea recta.
La biela es una pieza cilíndrica alargada. Por uno de sus
extremos está unida a otro operador mecánico que tiene un
movimiento alternativo de vaivén; por el otro extremo está
unida a otro operador: la manivela y la manivela actúa como
una palanca de segundo género. La reacción obtenida está
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aplicada cerca del eje de giro. En muchas ocasiones, la rueda
desempeña el papel de manivela, como en las antiguas
locomotoras de vapor.
2. Mecanismo leva- seguidor:
La transformación de un movimiento circular en un
movimiento rectilíneo es muy común en muchas máquinas,
y es fácil de lograr. Muchas veces interesa obtener un
movimiento discontinuo, es decir, que aunque una pieza gire
continuamente exista una pieza que efectúe un solo
movimiento, por ejemplo, por cada giro efectuado. En este
caso se emplea la unión leva-seguidor.
La leva es una pieza en forma de ovoide que gira alrededor
de un eje y la pieza que hace de seguidor se sitúa junto a la
leva, de tal manera que solo se transmitirá el movimiento
lineal cuando la parte saliente de la leva entre en contacto
con el seguidor. En el seguidor se sitúa normalmente una
rueda loca cuya única misión es permitir el giro de la leva.
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3. Mecanismo husillo – tuerca:
Está compuesto de un eje roscado (husillo) y una tuerca con
la misma rosca que el eje. Si se gira la tuerca, esta se
desplaza linealmente sobre el husillo; y al revés, si giro el
husillo, también se desplaza la tuerca.
4. Mecanismo piñón - cremallera: El mecanismo piñón-
cremallera permite transformar un movimiento circular en
un movimiento lineal a largas distancias.
Está compuesto el piñón que es una rueda dentada que gira
y la cremallera que es una pieza alargada con dientes entre
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los cuales se encajan los dientes del piñón. Se desplaza
linealmente a medida que la rueda gira. Cuanto más
rápidamente gira la rueda, más rápidamente se desplaza la
cremallera.
En este caso, cuanto mayor sea el ángulo girado por la
rueda, mayor será el recorrido efectuado por la cremallera
(d). Si la rueda da una vuelta completa, entonces la
cremallera efectuará un recorrido igual a la circunferencia de
la rueda: d = 2πR.
Puesto que la rueda en principio puede girar
indefinidamente, debe haber algún sistema que evite que la
cremallera «se salga»; es decir, tras cierto recorrido, la
cremallera llegará a un tope que evitará que la rueda siga
girando.
La velocidad de la cremallera dependerá del radio del piñón
y de su velocidad de giro. Cuanto mayor sea el piñón y más
deprisa gire, más rápido se desplazará la cremallera.
El mecanismo cremallera – piñón es el adecuado para
nuestro proyecto de investigación por lo cual haremos un
estudio más amplio de su funcionamiento.
Módulo de un piñón: Este dato es sumamente
importante porque nos permite conocer el tipo de piñón
que debemos usar.
Para saber cuál es el módulo de un piñón debemos
tomar en cuenta los siguientes criterios:
La circunferencia que definiría la superficie por la cual el
engranaje rueda sin deslizar la
llamaremos circunferencia primitiva.
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El diámetro primitivo de un piñón (d) es el que
corresponde a la circunferencia primitiva.
El número de dientes de un piñón (z), es el número total
de dientes de la corona del engranaje en toda su
circunferencia.
El paso (p) es el arco de circunferencia, sobre la
circunferencia primitiva, entre los centros de los dientes
consecutivos.
Entonces la longitud de la circunferencia primitiva es:
d = z . p
Esto es:
d/z = p/m
El módulo (m) de un engranaje es la relación que existe
entre el diámetro primitivo y el número de dientes, que
es el mismo que la relación entre el paso y
Fuerzas tangenciales verticales del piñón: Las fuerzas
tangenciales verticales del piñón (Fvt) son igual al
producto de la masa (M) a desplazar por la gravedad (g)
más la velocidad (v).
Fvt = M. (g.v)
Cálculo de los diente del piñón: El número de dientes de
un piñón (z) está dado por el producto de la distancia (d)
y el número de dientes de la cremallera por centímetros
(n).
z=d.n
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Cálculo del paso de un piñón: El paso es el arco de
circunferencia, sobre la circunferencia primitiva, entre
los centros de los dientes consecutivos.
Para calcular el paso del piñón debemos multiplicar el
diámetro primitivo de un piñón (d) por l valor de entre
el número de dientes del piñón (z).
(d./z = pGracias a esta fórmula podemos calcular el número de
pasos el cual es igual a:
nº pasos = nº dientes x nº vueltas
Cálculo del desplazamiento de un piñón:
El desplazamiento (I) es igual a:
Desplazamiento (l) = pasos (p) x nº pasos
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i. Motor: es la parte sistemática de una máquina capaz de hacer funcionar el
sistema transformando algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles
fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En
los automóvil es este efecto es una fuerza que produce el movimiento.
Existen diversos tipos, siendo de los más comunes los siguientes:
Motores térmicos, cuando el trabajo se obtiene a partir de energía calórica.
Motores eléctricos, cuando el trabajo se obtiene a partir de una corriente
eléctrica.
Los motores eléctricos utilizan la inducción electromagnética que produce
la electricidad para producir movimiento, según sea la constitución del
motor: núcleo con cable arrollado, sin cable arrollado, monofásico,
trifásico, con imanes permanentes o sin ellos; la potencia depende del
calibre del alambre, las vueltas del alambre y la tensión eléctrica aplicada.
Motor paso a paso: Es un dispositivo
electromecánico que convierte una serie de impulsos
eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo
que significa es que es capaz de avanzar una serie de
grados (paso) dependiendo de sus entradas de
control. El motor paso a paso se comporta de la
misma manera que un conversor digital-
analógico (D/A) y puede ser gobernado por impulsos
procedentes de sistemas lógicos.
Este motor presenta las ventajas de tener alta
precisión y repetitividad en cuanto al
posicionamiento. Entre sus principales aplicaciones
destacan como motor de frecuencia variable, motor
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de corriente continua sin escobillas, servomotores y
motores controlados digitalmente.
Principio de funcionamiento: Obsérvese como la
variación de la dirección del campo magnético creado
en el estator producirá movimiento de seguimiento
por parte del rotor de imán permanente, el cual
intentará alinearse con el campo
magnético inducido por las bobinas que excitan
los electroimanes (en este caso A y B). Vcc es la
alimentación de corriente continua (por ejemplo 5V,
12V, 24V...)
Tabla de orden de fases. En este caso concreto el motor tendrá un paso angular de 90º y un semipaso de 45º (al excitarse más de una bobina)
PasoTerminal 1Bobina A
Terminal 2Bobina A
Terminal 1Bobina B
Terminal 2Bobina B
Imagen
Paso 1 +Vcc -Vcc
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(Semi-)Paso 2
+Vcc -Vcc +Vcc -Vcc
Paso 3 +Vcc -Vcc
(Semi-)Paso 4
-Vcc +Vcc +Vcc -Vcc
Paso 5 -Vcc +Vcc
(Semi-)Paso 6
-Vcc +Vcc -Vcc +Vcc
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Paso 7 -Vcc +Vcc
(Semi-)Paso 8
+Vcc -Vcc -Vcc +Vcc
VI. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA
a. ANTECEDENTES:
Se debe mencionar antecedentes sobre trabajo realizados anteriormente
con su respectiva fuente.
Un techo retráctil requiere la instalación de grandes que muevan los
paneles del techo a través de una superficie. Se puede instalar un techo
rodante sobre una superficie plana, un diseño ideal para un sistema de
mecanización increíblemente eficiente, o sobre una superficie con un
ángulo pronunciado o una superficie redonda, creando una impresionante
posición arquitectónica, en 1982 Cravo desarrollo la primera unidad de
techo de malla retráctil en respuesta a un productor en ThunderBay,
Ontario, que requería tener la capacidad de cerrar una malla sombra sobre
el área de finalización de plántulas de árboles que estaban aclimatando.
Necesitaba un techo motorizado ya que el techo que tenía que abrirse en el
caso de nevadas, ya que los invernaderos convencionales se colapsaban y
no podían quitar las cubiertas antes que esto ocurriera.
También se desarrolló un sensor de nieve para abrir el techo
automáticamente cuando cayera nieve, en 1988 un productor de California
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quería tener la posibilidad de proteger sus plantas en macetas a cielo
abierto en caso de heladas, esto requirió que las cubiertas se hicieran de un
tejido de propileno blanco en vez de malla sobra.
El Ámsterdam Arena fue el primer estadio de Europa en contar con techo
retráctil. Este techo está conformado por dos paneles replegables de
aproximadamente 400 t cada uno. Los dos paneles, de 40 x 118 m, pueden
techar al estadio en 18 min, gracias a la ayuda de ocho motores que
permiten el movimiento de la estructura. Inaugurado en 1996, es el de
mayor capacidad de Holanda con 52.960 espectadores y está catalogado
como de élite (categoría 4), por la UEFA.
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b. JUSTIFICACIÓN:
Se debe resaltar la importancia del trabajo a realizar y darle un enfoque
científico, personal o institucional.
En la actualidad, nuestra ciudad ha venido sufriendo una serie de cambios
climáticos, por el motivo que la población se ha visto afectada ya que las
viviendas no estaban preparada para estos tipos de cambios, sobre todo las
que tienen un área libre amplia (jardín, patio, etc.) y es por ello que nos
hemos visto en la necesidad de emplear los mecanismos que usan los
grande estadios y coliseos de otro países para evitar sobre todo las
precipitaciones atmosféricas.
Pero al estudiar la estructura que componen los techos retractiles de estas
grandes construcciones, nos dimos cuenta que eran demasiado costoso
debido a la complejidad de sus estructuras y demás componentes, es por
ello que hemos decidido hacer un diseño de manera que reduzca los costos
y así beneficiar a la población.
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VII. DISEÑO, MATERIALES Y EQUIPO:
VIII. PROCEDIMIENTO:
IX. OBTENCION DE DATOS:
X. DISCUSION:
XI. CONCLUSIONES:
Se logró conocer a detalle cada mecanismo, material y demás componentes
a utilizar para poder realizar un diseño adecuado.
Después de haber realizado un estudio de los motores y los sistemas de
conversión de movimientos (cremallera – piñón) logramos calcular la
potencia y fuerza que necesitan estos sistemas para lograr el objetivo que
es desplazar los techos.
Luego de haber realizado lo mencionado anteriormente, logramos realizar
a pequeña escala un centro recreacional en el cual se podrá apreciar el
beneficio de los techos retráctiles.
XII. REFERENCIAS:
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