Repositorio Institucional de Documentos

PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 1 - Zaragoza 2011 “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” MEMORIA Directores del proyecto: Carlos Javierre Javier Abad PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 2 - Zaragoza 2011 ÍNDICE 1-. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 5 2-. OBJETIVOS ........................................................................................................................ 14 3-. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS .................................................................................. 17 4-. ENSAYOS MECÁNICOS .................................................................................................. 19 4.1 - FUNCIÓN CLIPADO .......................................................................................................... 20 4.2 - FUNCIÓN COLGADO HORIZONTAL ................................................................................. 24 4.3 - FUNCIÓN COLGADO VERTICAL ....................................................................................... 25 4.4 - FUNCIÓN COLGADO HORIZONTAL POR TRIANGULO .................................................... 26 5-. MATERIALES .................................................................................................................... 27 6-. ANÁLISIS F.E.M ................................................................................................................ 33 6.1 - ANÁLISIS DE LA PIEZA METÁLICA .................................................................... 35 6.1.1 - FUNCIÓN CLIPADO .............................................................................................. 36 6.1.2 - FUNCIÓN COLGADO VERTICAL ............................................................................ 38 6.1.3 - FUNCIÓN COLGADO HORIZONTAL ...................................................................... 40 6.1.4 - FUNCIÓN COLGADO HORIZONTAL POR TRIANGULO .......................................... 42 6.2 - ANÁLISIS DE LA PIEZA PROTOTIPO ESTRECHO ........................................... 44 6.2.1 - FUNCIÓN CLIPADO .............................................................................................. 45 6.2.2 - FUNCIÓN COLGADO VERTICAL ............................................................................ 48 6.2.3 - FUNCIÓN COLGADO HORIZONTAL ...................................................................... 51 6.3 - ANÁLISIS DE LA PIEZA ANCLAJE ESTRECHO ................................................ 55 6.3.1 - FUNCIÓN CLIPADO .............................................................................................. 56 6.3.2 - FUNCIÓN COLGADO VERTICAL ............................................................................ 60 6.3.3 - FUNCIÓN COLGADO HORIZONTAL ...................................................................... 65 6.3.4 - FUNCIÓN COLGADO HORIZONTAL POR TRIANGULO .......................................... 68 PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 3 - Zaragoza 2011 6.4 - ANÁLISIS DE LA PIEZA PROTOTIPO ANCHO .................................................. 72 6.4.1 - FUNCIÓN CLIPADO .............................................................................................. 73 6.4.2 - FUNCIÓN COLGADO VERTICAL ............................................................................ 75 6.4.3 - FUNCIÓN COLGADO HORIZONTAL ...................................................................... 77 6.5 - ANÁLISIS DE LA PIEZA ANCLAJE ANCHO ....................................................... 80 6.5.1 - FUNCIÓN CLIPADO .............................................................................................. 81 6.5.2 - FUNCIÓN COLGADO VERTICAL ............................................................................ 83 6.5.3 - FUNCIÓN COLGADO HORIZONTAL ...................................................................... 87 6.5.4 - FUNCIÓN COLGADO HORIZONTAL POR TRIANGULO ........................... 89 6.6 - TABLA COMPARATIVA RESULTADOS TEÓRICOS FINALES ................................. 91 7-. ANÁLISIS EXPERIMENTALES ..................................................................................... 92 7.1 - ANÁLISIS INSTATÁNEOS ....................................................................................... 95 7.1.1 - FUNCIÓN CLIPADO ....................................................................................... 95 7.1.2 - FUNCIÓN COLGADO VERTICAL ................................................................ 97 7.1.3 - FUNCIÓN COLGADO HORIZONTAL .......................................................... 99 7.1.4 - FUNCIÓN ATORNILLADO.......................................................................... 101 7.2 - ANÁLISIS DE EVOLUCIÓN EN EL TIEMPO ..................................................... 102 7.2.1 - EVOLUCIÓN A LO LARGO DEL TIEMPO EN FUNCIÓN DE COLGADO VERTICAL ........................................................................................................................... 104 7.2.2 - EVOLUCIÓN A LO LARGO DEL TIEMPO EN FUNCIÓN DE COLGADO HORIZONTAL ..................................................................................................................... 106 8-. CONCLUSIONES ............................................................................................................. 110 9-. LUGAR, FECHA Y FIRMA DEL RESPONSABLE DEL PROYECTO .................... 114 PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 4 - Zaragoza 2011 1-. INTRODUCCIÓN PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 5 - Zaragoza 2011 El mercado actual está marcado por unas grandes fuerzas competitivas que obligan a los fabricantes a actualizar sus productos constantemente, por lo que tenemos un mercado dinámico que nos obliga a seguir evolucionando para conseguir ventajas competitivas respecto a su competencia. En el sector de las luminarias fluorescentes existe un gran número de fabricantes de dicho producto, debido al gran uso del producto por parte de la población, por lo que existen grandes fuerzas competitivas en el sector. Lo que obliga a los fabricantes a buscar nuevos productos o rediseños de los productos obsoletos para conseguir una mayor productividad y una reducción en los gastos de fabricación. Podríamos definir la luminaria como un objeto formado por un conjunto de elementos destinados a proporcionar una adecuada radiación luminosa de origen eléctrico. La materialización de esos elementos pasa en cada caso por la conjunción entre un buen diseño formal y una razonable economía de medios. Al primero corresponde resolver el control luminoso según las necesidades, que es el fin primordial; un control térmico que haga estable su funcionamiento; y un control eléctrico que ofrezca las debidas garantías al usuario. Al segundo corresponde prever un producto de fabricación sólida y eficaz; una relativa sencillez en su instalación; y un mínimo mantenimiento durante su uso. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 6 - Zaragoza 2011 Para el logro de los objetivos propuestos a una luminaria, esta debe proveer las siguientes funciones: o Distribuir adecuadamente la luz en el espacio. o Evitar toda causa de molestia provocada por deslumbramiento o brillo excesivo. o Satisfacer las necesidades estéticas y de ambientación del espacio al que están destinadas. o Optimizar el rendimiento energético, aprovechando la mayor cantidad de flujo luminoso entregado por las lámparas. En el diseño de una luminaria se tiene que tener en cuenta los siguientes aspectos: o Montaje seguro y sencillo para la instalación eléctrica y el mantenimiento. o Protección al usuario contra descargas eléctricas. “Análisis teórico o Efectos térmicos producidos por el confinamiento de la lámpara y los equipos auxiliares. o Debe disponer del espacio suficiente para los componentes y poseer los accesorios de fijación necesarios, brindando los medios de seguridad adecuados para un correcto funcionamiento. Las luminarias se componen de los s Figura 1.1 PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico -experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 7 - Efectos térmicos producidos por el confinamiento de la lámpara y los equipos auxiliares. Debe disponer del espacio suficiente para los componentes y poseer los accesorios de fijación necesarios, brindando los medios de seguridad adecuados para un correcto funcionamiento. Las luminarias se componen de los s iguientes componentes: Despiece de una luminaria fluorescente. Zaragoza 2011 Efectos térmicos producidos por el confinamiento de la Debe disponer del espacio suficiente para los componentes y poseer los accesorios de fijación necesarios, brindando los medios de seguridad adecuados para un correcto iguientes componentes: Despiece de una luminaria fluorescente. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 8 - Zaragoza 2011 Componentes de un modelo estándar: 1-. Difusor 2-. Carcasa 3-. Clips de cierre 4-. Clip bandeja 5-. Espuma de poliuretano 6-. Alineadores 7-. Zona de conexión 8-. Cableado 9-. Pasa-cables 10-. Bandeja 11-. Conectores 12-. Pasa-cables 13-. Cebadores 14-. Balasto o reactancias En este estudio se parte de un clip de sujeción de las luminarias, se van a detallar las diferentes formas de sustentación que tienen las luminarias. Ø Atornillado: Su colocación se basa en el atornillado directo mediante tornillos de fijación y tacos preinstalados en techo o paredes. “Análisis teórico Figura 1.2 Ø Colgado mediante silgas: para poder pasar el cable que será fijado al techo quedando el producto sustentado por silgas a la Figura 1.3 Diferentes elementos de suspensión para colgado PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico -experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 9 - Figura 1.2 Sustentación mediante atornillado directo. Colgado mediante silgas: Son apliques colocados en la carcasa para poder pasar el cable que será fijado al techo quedando el producto sustentado por silgas a la altura que desee. Diferentes elementos de suspensión para colgado mediante silgas. Zaragoza 2011 Sustentación mediante atornillado directo. Son apliques colocados en la carcasa para poder pasar el cable que será fijado al techo quedando el Diferentes elementos de suspensión para colgado PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 16 - Zaragoza 2011 3-. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 17 - Zaragoza 2011 Para el estudio de cualquier producto es necesario conocer todos los factores que puedan afectar el buen funcionamiento de nuestro producto a lo largo de su vida útil. A continuación se muestra el listado de requisitos y características que el fabricante exige que cumpla el clip de sujeción de luminarias estancas: • Carga máxima de trabajo 2,5 Kg en función de colgado horizontal y vertical. • Factor de seguridad general 3 en función de colgado horizontal y vertical. • Temperatura de trabajo máxima 40ºC. • Función clipado. Uso normal: 1 montaje. (Desmontable con destornillador). • Funcionamiento en poliamida húmeda y seca. • Dimensiones máximas (100x25x17). PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 18 - Zaragoza 2011 4-. ENSAYOS MECÁNICOS PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 19 - Zaragoza 2011 El anclaje puede estar sujeto a tres solicitaciones principales que vamos a denominar funciones y describimos a continuación: 4.1 - FUNCIÓN CLIPADO En esta función analizaremos el comportamiento del clip en las condiciones de montaje respecto a la luminaria. Analizaremos la altura de engarce, la fuerza necesaria para llegar a esa altura de engarce y las tensiones, las deformaciones y los desplazamientos sufridos por el clip al realizar la función de clipado. Cabe destacar que el montaje del clip se puede realizar en dos posiciones, montando primero un lado y luego el otro o montando los dos lados a la vez. Sólo estudiaremos el montaje de un lado porque es el más utilizado para esta función. Figura 4.1 Función clipado sobre la luminaria. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 20 - Zaragoza 2011 A continuación se procede a explicar la función del clipado del clip, durante el montaje de la pieza sobre la carcasa se produce un clipado en el que la parte de la pieza sufre un trabajo a flexión semejante al que aparece en la pieza actual metálica. A partir de este diagrama podemos relacionar la fuerza de montaje Fm con la fuerza que actúa sobre la pieza haciendo flectar el clip. En la pieza metálica se deforma también la zona opuesta de la pieza al actuar sobre ella Fc2. Fc1 = Fm*cos45 Fp= Fc1* cos40 =Fm*cos 45* cos40 Fc2 = Fp *cos50 = Fc1* cos40* cos 50=Fc1*0.49 Fm Fc1 Fp 45º 40º Fc2 F p PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 21 - Zaragoza 2011 Analizando la geometría de la carcasa y del clip se puede establecer la deformación que sufre el anclaje durante el montaje. Hmax = 3.75, Hmin = 2.36. ΔH = 1.39: (0.65 carcasa, 0.75 clip) En la gráfica se nos muestra las diferentes longitudes tanto de los clips como de las luminarias y a partir de estos datos se ha realizado el cálculo. De este cálculo podemos deducir que la máxima altura de R= 29,5 (D=59) pieza inyección, 58.7 R= 2 8 , 86 (D=57,72 ) carcasa oleveon R= 26,51 (D=53,02) R= 2 5 , 9 P26.5, 25.75 (D =51,8 ) P53, PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 22 - Zaragoza 2011 engarce será 3,75 mm y la mínima será 2,3 mm. La diferencia de engarce entre el máximo y el mínimo es debida a la diferencia de luminarias (0,69 mm) y a la diferencia de clips (0,75 mm) que en total dan una diferencia de ΔH= 1,39 mm. Por último calcularemos la deformación que será necesaria para realizar la función de clipado: H =3mm => Hclip = 3.5mm A este valor de 3.5 se le restará en el caso de la pieza metálica un tercio de deformación debido a la Fc2 y en el anclaje de plástico se restará 0.3mm debido a que la deformación máxima que sufre el lado contrario tiene el recorrido limitado en este valor, estableciéndose en 3.2mm lo que debe flectar la parte de la pieza que hace el clipado para un correcto montaje. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 23 - Zaragoza 2011 4.2 - FUNCIÓN COLGADO HORIZONTAL Esta función se refiere al colgado de las luminarias de forma paralela al suelo. En esta posición calcularemos las tensiones, las deformaciones y los desplazamientos sufridos por el clip al realizar la función solicitada. Tendremos en cuenta las solicitaciones técnicas referidas a nuestro clip: La carga máxima de trabajo serán 2,5 Kg con un coeficiente de seguridad de 3, lo que nos lleva a una carga máxima de 7,5 Kg para nuestro estudio. Figura 4.2 Función colgado horizontal. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 24 - Zaragoza 2011 4.3 - FUNCIÓN COLGADO VERTICAL Esta función se refiere al colgado de las luminarias de forma perpendicular al suelo. En esta posición calcularemos las tensiones, las deformaciones y los desplazamientos sufridos por el clip al realizar la función solicitada, igual que en el caso anterior. Para ello realizaremos dos estudios distintos en la pieza final: En el primero calcularemos los resultados ejerciendo fuerza sobre la zona central de la parte de sujeción en contacto con la luminaria y en el segundo estudio calcularemos los resultados aplicando la fuerza sólo sobre las patas laterales de refuerzo del anclaje. Las solicitaciones técnicas a tener en cuenta serán las mismas que en el colgado horizontal pero aplicadas en sentido vertical. Figura 4.3 Función colgado vertical. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 25 - Zaragoza 2011 4.4 - FUNCIÓN COLGADO HORIZONTAL POR TRIANGULO Esta función se refiere al colgado de las luminarias en la misma posición que el colgado horizontal pero con sujeción distinta. La sujeción en este caso es por un triangulo metálico que es introducido en unos agujeros laterales de la pieza que están diseñados así para esta solicitación. En esta posición calcularemos las tensiones, las deformaciones y los desplazamientos sufridos por el clip al realizar la función solicitada. Tendremos en cuenta las solicitaciones técnicas referidas a nuestro clip: La carga máxima de trabajo serán 2,5 Kg con un coeficiente de seguridad de 3, lo que nos lleva a una carga máxima de 7,5 Kg para nuestro estudio. Figura 4.4 Función colgado horizontal por triangulo. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 32 - Zaragoza 2011 6-. ANÁLISIS F.E.M PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 33 - Zaragoza 2011 En este apartado se desarrollan todos los cálculos realizados por elementos finitos, se ha realizado el análisis de los tres clips, tanto del actual en material metálico como los clips fabricados en plástico (prototipo y final). Se han considerado las dos medidas de luminarias que utilizan este clip de sujeción. A partir de ahora se denominara anclaje ancho para el clip de sujeción de la luminaria ancha y anclaje estrecho para el clip de la luminaria estrecha. Para todos los clips se han considerado las mismas funciones de sujeción posibles que tiene que soportar el producto final, dichas funciones se explicaron detalladamente en el apartado 4. Para realizar el cálculo se han utilizado dos programas informáticos distintos. Por un lado se ha utilizado el programa Proengineer, con el cual se han analizado los casos en el que la respuesta del material plástico se ha considerado lineal. Para comparar los resultados en caso de que la respuesta del material plástico no fuera lineal se ha utilizado el programa Solid Works. Para finalizar el análisis F.E.M se ha realizado una comparativa con todos los resultados obtenidos, de la cual se obtendrán las conclusiones pertinentes. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 34 - Zaragoza 2011 6.1 – ANÁLISIS DE LA PIEZA METÁLICA: La pieza metálica es el clip que actualmente está produciendo el fabricante demandante de este proyecto. La anchura de esta pieza en la zona de clipado es de 38 mm. Para el cálculo informático se ha utilizado un módulo elástico del material de 210.000 MPa. Figura 6.1 Clip de sujección metálico. Los análisis por elementos finitos se han realizado con el programa PRO-Engineer y el programa Solid Works obteniendo resultados muy similares con ambos programas. Se muestran para este caso de la pieza metálica imágenes correspondientes a las tensiones, los desplazamientos y las deformaciones unitarias realizadas con Solid Works. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 35 - Zaragoza 2011 6.1.1 - FUNCION CLIPADO Para la función clipado se ha calculado la fuerza necesaria que necesitaríamos ejercer para obtener el desplazamiento deseado (calculado en el apartado 4), en este caso 2,3 mm.. Para ello hemos descompuesto las fuerzas en vertical y horizontal pero siempre manteniendo la proporcionalidad entre ellas para que el ángulo de incidencia de las fuerzas sobre la pieza fuera siempre la misma. Para este caso se calcularon una fuerza horizontal (eje X) de 45 Nw y una fuerza vertical (eje Y) de 28 Nw. Los puntos de anclaje son la parte superior que se considera inmóvil porque cuando ejercemos la fuerza para clipar la pieza no se mueve y la parte simétrica del punto donde se ejerce la fuerza también está anclado para simular fielmente el proceso de clipado en la pieza. Figura 6.2 Condiciones contorno función clipado. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 36 - Zaragoza 2011 A continuación se muestran en las gráficas los resultados obtenidos de la pieza metálica en la función del clipado sobre la luminaria: Figura 6.3 Tensiones (MPa) Figura 6.4 Desplazamientos (mm) Figura 6.5 Deformaciones unitarias (N/D) La siguiente tabla detalla los máximos obtenidos en los resultados finales de la simulación del clipado del programa Solid Works: F (Kg) E (MPa) σ (MPa) Δ (mm) ε (%) 5.3 210000 1000 2.3 0.3 PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 37 - Zaragoza 2011 6.1.2 - FUNCION COLGADO VERTICAL Esta función determina el caso en el que la luminaria está atornillada a la pared de forma paralela al suelo Para esta función se ha propuesto una fuerza vertical sobre uno de los lados, dejando el lado contrario libre de cargas. La fuerza tiene un valor de 25 Nw, que son equivalentes a los 2,5 Kg que pesa la luminaria. El punto de anclaje elegido para esta función es solamente la parte central de la pieza que es por donde se atornilla a la pared. Figura 6.6 Condiciones contorno función colgado vertical. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 38 - Zaragoza 2011 A continuación se muestran en las gráficas los resultados obtenidos de la pieza metálica en la función del colgado vertical de la luminaria: Figura 6.7 Tensiones (MPa) Figura 6.8 Desplazamientos (mm) Figura 6.9 Deformaciones unitarias (N/D) A continuación se detalla los máximos obtenidos en los resultados finales de la simulación del clipado del programa Solid Works: F (Kg) E (MPa) σ (MPa) Δ (mm) ε (%) 2.5 210000 500 0.75 0.1 PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 39 - Zaragoza 2011 6.1.3 - FUNCION COLGADO HORIZONTAL Esta función determina el caso en el que la luminaria está atornillada al techo. Para esta función se ha propuesto una fuerza vertical sobre cada lado. La fuerza tiene un valor de 12,5 Nw, que son equivalentes a los 1,25 Kg que recibe cada lado del clip por el peso de la luminaria. Los puntos de anclaje elegidos para esta función son la parte central de la pieza que es por donde se atornilla al techo y los laterales de la pieza también se simulan anclados porque una vez clipada la pieza en la luminaria no puede abrirse hacia los lados. Figura 6.10 Condiciones contorno función colgado horizontal. A continuación se muestran en las gráficas los resultados obtenidos de la pieza metálica en la función del colgado horizontal de la luminaria: Figura 6.11 Tensiones (MPa) Figura 6.12 Desplazamientos (mm) PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 40 - Zaragoza 2011 Figura 6.13 Deformaciones unitarias (N/D) La siguiente tabla detalla los máximos obtenidos en los resultados finales de la simulación del colgado horizontal del programa Solid Works: F (Kg) E (MPa) σ (MPa) Δ (mm) ε (%) 2.5 210000 25 0.006 0.006 PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 41 - Zaragoza 2011 6.1.4 - FUNCION COLGADO HORIZONTAL POR TRIANGULO Esta función determina el caso en el que la luminaria está colgada por un triangulo en el techo. Para esta función se ha propuesto la misma fuerza vertical que en la función de colgado horizontal sin triangulo. La fuerza tiene un valor de 12,5 Nw, que son equivalentes a los 1,25 Kg que recibe cada lado del clip por el peso de la luminaria. Los puntos de anclaje elegidos para esta función son la parte central de la pieza que es por donde se atornilla al techo y los laterales de la pieza también se simulan anclados porque una vez clipada la pieza en la luminaria no puede abrirse hacia los lados. Figura 6.14 Condiciones contorno función colgado horizontal por triangulo. A continuación se muestran en las gráficas los resultados obtenidos de la pieza metálica en la función del colgado horizontal por triangulo de la luminaria: PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 48 - Zaragoza 2011 A continuación se muestran en las gráficas los resultados obtenidos de la pieza prototipo estrecho en la función del colgado vertical de la luminaria: Figura 6.24 Tensiones (MPa) Figura 6.25 Desplazamientos (mm) Figura 6.26 Deformaciones unitarias (N/D) La siguiente tabla detalla los máximos obtenidos en los resultados finales de la simulación del colgado vertical del programa Pro-engineer: Caso E (MPa) F (Kg) σ (MPa) Δ (mm) ε (%) C.S Húmeda 3000 7.5 52 3.36 1.73 2.2 Húmeda 3000 2.5 17 1.12 0.57 6.7 Seca 4900 7.5 52 2.05 1.06 2.9 Seca 4900 2.5 17 0.68 0.35 9.1 PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 49 - Zaragoza 2011 A continuación se muestra los resultados obtenidos con el programa Solid Works para el caso no lineal: Figura 6.36 Tensiones (MPa) Figura 6.37 Desplazamientos (mm) Figura 6.38 Deformaciones unitarias (N/D) La siguiente tabla detalla los máximos obtenidos en los resultados finales de la simulación del colgado vertical del programa Solid Works: Pieza F (Kg) E (MPa) σ (MPa) Δ (mm) ε (%) C.S no lineal 2.5 3000 18 0.81 0.3 6.4 PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 50 - Zaragoza 2011 6.2.3 - FUNCION COLGADO HORIZONTAL Esta función determina el caso en el que la luminaria está atornillada al techo. Para esta función se ha propuesto una fuerza vertical sobre cada lado. La fuerza tiene un valor de 37,5 Nw, que son equivalentes a los 1,25 Kg que recibe cada lado del clip debido al peso de la luminaria por un coeficiente de seguridad de 3. Los puntos de anclaje elegidos para esta función son la parte central de la pieza que es por donde se atornilla al techo y los laterales de la pieza también se simulan anclados porque una vez clipada la pieza en la luminaria no puede abrirse hacia los lados. Figura 6.27 Condiciones contorno función colgado horizontal. A continuación se muestran en las gráficas los resultados obtenidos del prototipo estrecho en la función del colgado horizontal de la luminaria: PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 51 - Zaragoza 2011 Figura 6.28 Tensiones (MPa) Figura 6.29 Desplazamientos (mm) Figura 6.30 Deformaciones unitarias (N/D) PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 52 - Zaragoza 2011 La siguiente tabla detalla los máximos obtenidos en los resultados finales de la simulación del colgado horizontal del programa Pro-engineer: Caso E (MPa) F (Kg) σ (MPa) Δ (mm) ε (%) C.S Húmeda 3000 7.5 23 0.49 0.8 5 Húmeda 3000 2.5 7.7 0.16 0.26 14.9 Seca 4900 7.5 23 0.3 0.49 6.7 Seca 4900 2.5 7.7 0.1 0.16 20 A continuación se muestra los resultados obtenidos con el programa Solid Works para el caso no lineal: Figura 6.36 Tensiones (MPa) PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 53 - Zaragoza 2011 Figura 6.37 Desplazamientos (mm) Figura 6.38 Deformaciones unitarias (N/D) La siguiente tabla detalla los máximos obtenidos en los resultados finales de la simulación del colgado horizontal del programa Solid Works: Pieza F (Kg) E (MPa) σ (MPa) Δ (mm) ε (%) C.S no lineal 2.5 3000 7.5 0.1 0.11 15.3 PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 54 - Zaragoza 2011 6.3 – ANÁLISIS DE LA PIEZA ANCLAJE ESTRECHO: Esta pieza es la pieza final diseñada en plástico a partir de la pieza prototipo fabricada anteriormente. La pieza ha sido diseñada por el programa Pro-engineer. La anchura de esta pieza en la zona de clipado es de 38 mm. Las propiedades del material son las anteriormente expuestas en el apartado 5 de este proyecto. Figura 6.31 Pieza estrecha final en plástico del clip de sujección . Los análisis por elementos finitos en el modelo lineal se han realizado con el programa PRO-Engineer y el programa Solid Works obteniendo resultados muy similares con ambos programas. Se muestran para el caso lineal del anclaje estrecho imágenes correspondientes a las tensiones, los desplazamientos y las deformaciones unitarias con PRO-Engineer. Para poder comparar los resultados con el caso no lineal se ha realizado análisis con el programa Solid Works. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 55 - Zaragoza 2011 6.3.1 - FUNCION CLIPADO Para la función clipado se ha calculado la fuerza necesaria que necesitaríamos ejercer para obtener el desplazamiento deseado (calculado en el apartado 4), en este caso 3,2 mm. Para ello hemos descompuesto las fuerzas en vertical y horizontal pero siempre manteniendo la proporcionalidad entre ellas para que el ángulo de incidencia de las fuerzas sobre la pieza fuera siempre la misma. Para este caso se calcularon una fuerza horizontal (eje X) de 36 Nw y una fuerza vertical (eje Y) de 21 Nw. Los puntos de anclaje son la parte superior que se considera inmóvil porque cuando ejercemos la fuerza para clipar la pieza no se mueve y la parte simétrica del punto donde se ejerce la fuerza también está anclado para simular fielmente el proceso de clipado en la pieza. Figura 6.32 Condiciones contorno función clipado. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 56 - Zaragoza 2011 A continuación se muestran en las gráficas los resultados obtenidos en el caso lineal de la pieza anclaje estrecho en la función del clipado sobre la luminaria: Figura 6.33 Tensiones (MPa) Figura 6.34 Desplazamientos (mm) Figura 6.35 Deformaciones unitarias (N/D) PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 57 - Zaragoza 2011 La siguiente tabla detalla los máximos obtenidos en los resultados finales de la simulación del clipado del programa Proengineer: * Al ser el clipado un proceso de muy corta duración se establece el coeficiente de seguridad mínimo en 1. Los cálculos realizados en el programa informático corresponden a la pieza en estado húmedo, el resto de resultados se han conseguido usando la proporcionalidad que nos da el módulo elástico del material en cada estado. Pieza F (Kg) E (MPa) σ (MPa) Δ (mm) ε (%) C.S Húmeda 4.17 3000 85 3.2 2.68 1.35 Seca 6.8 4900 138 3.2 2.68 1.12 Fría 0º 5.25 3800 107 3.2 2.68 1.31 Caliente 40º 2.5 1800 51 3.2 2.68 1.6 PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 64 - Zaragoza 2011 Figura 6.52 Deformaciones unitarias (N/D) La siguiente tabla detalla los máximos obtenidos en los resultados finales de la simulación del colgado vertical del programa Solid Works para la opción de reparto 2: Pieza F (Kg) E (MPa) σ (MPa) Δ (mm) ε (%) C.S no lineal 2.5 3000 4.3 0.02 0.07 26.7 6.3.3 - FUNCION COLGADO HORIZONTAL Esta función determina el caso en el que la luminaria está atornillada al techo. Para esta función se ha propuesto una fuerza vertical sobre cada lado. La fuerza tiene un valor de 37,5 Nw, que son equivalentes a los 1,25 Kg que recibe cada lado del clip por el peso de la luminaria multiplicado por un coeficiente de seguridad de 3. Los puntos de anclaje elegidos para esta función son la parte central de la pieza que es por donde se atornilla al techo y los laterales de la pieza también se simulan anclados porque una vez clipada la pieza en la luminaria no puede abrirse hacia los lados. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 65 - Zaragoza 2011 Figura 6.39 Condiciones contorno función colgado horizontal. A continuación se muestran en las gráficas los resultados obtenidos en el caso lineal de la pieza anclaje estrecho en la función del colgado horizontal de la luminaria: Figura 6.40 Tensiones (MPa) Figura 6.41 Desplazamientos (mm) Figura 6.42 Deformaciones unitarias (N/D) PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 66 - Zaragoza 2011 La siguiente tabla nos muestra los máximos obtenidos en los resultados finales de la simulación del colgado horizontal del programa Pro-engineer: Pieza F (Kg) E (MPa) σ (MPa) Δ (mm) ε (%) C.S Húmeda 7.5 3000 20 0.3 0.7 5.75 Húmeda 2.5 3000 6.6 0.1 0.23 17.4 Seca 7.5 4900 20 0.18 0.42 7.75 Seca 2.5 4900 6.6 0.06 0.14 23.5 Los cálculos realizados en el programa informático corresponden a la pieza en estado húmedo con 7,5 Kg de peso, el resto de resultados se han conseguido de forma teórica por ser un comportamiento lineal extrapolando. A continuación se muestra los resultados obtenidos con el programa Solid Works para el caso no lineal, para este caso se ha calculado con un peso de 2,5 Kg que es el peso real por no poder extrapolar al ser un caso no lineal: Figura 6.43 Tensiones (MPa) Figura 6.44 Desplazamientos (mm) PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 67 - Zaragoza 2011 Figura 6.45 Deformaciones unitarias (N/D) La siguiente tabla detalla los máximos obtenidos en los resultados finales de la simulación del colgado horizontal del programa Solid Works: Pieza F (Kg) E (MPa) σ (MPa) Δ (mm) ε (%) C.S no lineal 2.5 3000 7 0.07 0.10 16.4 6.3.4 - FUNCION COLGADO HORIZONTAL POR TRIANGULO Esta función determina el caso en el que la luminaria está colgada por un triangulo en el techo. Para esta función se ha propuesto la misma fuerza vertical que en la función de colgado horizontal sin triangulo. La fuerza tiene un valor de 12,5 Nw, que son equivalentes a los 1,25 Kg que recibe cada lado del clip por el peso de la luminaria. Los puntos de anclaje elegidos para esta función son los agujeros preparados para el triangulo metálico y los laterales de la pieza también se simulan anclados porque una vez clipada la pieza en la luminaria no puede abrirse hacia los lados. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 68 - Zaragoza 2011 Figura 6.46 Condiciones contorno función colgado horizontal por triangulo. A continuación se muestran en las gráficas los resultados obtenidos en el caso lineal del anclaje estrecho en la función del colgado horizontal por triangulo de la luminaria: Figura 6.47 Tensiones (MPa) Figura 6.48 Desplazamientos (mm) Figura 6.49 Deformaciones unitarias (N/D) PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 69 - Zaragoza 2011 La siguiente tabla detalla los máximos obtenidos en los resultados finales de la simulación del colgado horizontal por triangulo del programa Pro-engineer: Pieza F (Kg) E (MPa) σ (MPa) Δ (mm) ε (%) C.S Húmeda 7.5 3000 10 0.03 0.3 11.5 Húmeda 2.5 3000 3.3 0.01 0.1 34.8 Seca 7.5 4900 10 0.02 0.06 15.5 Seca 2.5 4900 3.3 0.006 0.02 46.9 A continuación se muestra los resultados obtenidos con el programa Solid Works para el caso no lineal, para este caso se ha calculado con un peso de 2,5 Kg que es el peso real por no poder extrapolar al ser un caso no lineal: Figura 6.50 Tensiones (MPa) Figura 6.51 Desplazamientos (mm) PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 70 - Zaragoza 2011 Figura 6.52 Deformaciones unitarias (N/D) La siguiente tabla nos muestra los máximos obtenidos en los resultados finales de la simulación del colgado horizontal por triangulo del programa Solid Works: Pieza F (Kg) E (MPa) σ (MPa) Δ (mm) ε (%) C.S no lineal 2.5 3000 4 0.01 0.04 28.7 PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 71 - Zaragoza 2011 6.4 – ANÁLISIS DE LA PIEZA PROTOTIPO ANCHO: Esta pieza es el primer prototipo diseñado en plástico a partir de la pieza metálica fabricada actualmente. La pieza ha sido diseñada por el programa Pro-engineer. La anchura de esta pieza en la zona de clipado es de 52 mm. Las propiedades del material son las anteriormente expuestas en el apartado 5 de este proyecto. Figura 6.55 Prototipo ancho en plástico del clip de sujección . Los análisis por elementos finitos se han realizado con el programa PRO-Engineer y el programa Solid Works obteniendo resultados muy similares con ambos programas. Se muestran para este caso del prototipo ancho imágenes correspondientes a las tensiones, los desplazamientos y las deformaciones unitarias con PRO-Engineer. No se ha tenido en cuenta el colgado por triangulo ya que en el prototipo no se puede realizar esa función. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 72 - Zaragoza 2011 6.2.1 - FUNCION CLIPADO Para la función clipado se ha calculado la fuerza necesaria que necesitaríamos ejercer para obtener el desplazamiento deseado (calculado en el apartado 4) que serán aproximadamente unos 2,3 cm. Para ello hemos descompuesto las fuerzas en vertical y horizontal pero siempre manteniendo la proporcionalidad entre ellas para que el ángulo de incidencia de las fuerzas sobre la pieza fuera siempre la misma. Para este caso se calcularon una fuerza horizontal (eje X) de 58 Nw y una fuerza vertical (eje Y) de 35 Nw. Los puntos de anclaje son la parte superior que se considera inmóvil porque cuando ejercemos la fuerza para clipar la pieza no se mueve y la parte simétrica del punto donde se ejerce la fuerza también está anclado para simular fielmente el proceso de clipado en la pieza. Figura 6.53 Condiciones contorno pieza prototipo ancho. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 73 - Zaragoza 2011 A continuación se muestran en las gráficas los resultados obtenidos de la pieza prototipo ancho en la función del clipado sobre la luminaria: Figura 6.54 Tensiones (MPa) Figura 6.55 Desplazamientos (mm) Figura 6.56 Deformaciones unitarias (N/D) La siguiente tabla detalla los máximos obtenidos en los resultados finales de la simulación del clipado del programa Proengineer: Pieza F (Kg) E (MPa) σ (MPa) Δ (mm) ε (%) C.S Húmeda 6.7 3000 56 2.3 1.1 2 Seca 11 4900 91 2.3 1.1 1.7 Fría 0º 8.5 3800 71 2.3 1.1 2 Caliente 40º 4 1800 33 2.3 1.1 2.5 PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 80 - Zaragoza 2011 6.5.1 - FUNCION CLIPADO Para la función clipado se ha calculado la fuerza necesaria que necesitaríamos ejercer para obtener el desplazamiento deseado (calculado en el apartado 4), en este caso 3,2 cm.. Para ello hemos descompuesto las fuerzas en vertical y horizontal pero siempre manteniendo la proporcionalidad entre ellas para que el ángulo de incidencia de las fuerzas sobre la pieza fuera siempre la misma. Para este caso se calcularon una fuerza horizontal (eje X) de 51 Nw y una fuerza vertical (eje Y) de 30 Nw. Los puntos de anclaje son la parte superior que se considera inmóvil porque cuando ejercemos la fuerza para clipar la pieza no se mueve y la parte simétrica del punto donde se ejerce la fuerza también está anclado para simular fielmente el proceso de clipado en la pieza. Figura 6.66 Condiciones contorno función clipado. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 81 - Zaragoza 2011 A continuación se muestran en las gráficas los resultados obtenidos en el caso lineal de la pieza anclaje ancho en la función del clipado sobre la luminaria: Figura 6.67 Tensiones (MPa) Figura 6.68 Desplazamientos (mm) Figura 6.69 Deformaciones unitarias (N/D) La siguiente tabla detalla los máximos obtenidos en los resultados finales de la simulación del clipado del programa Proengineer: Pieza F (Kg) E (MPa) σ (MPa) Δ (mm) ε (%) C.S Húmeda 5.9 3000 60 3.2 2.1 1.9 Seca 9.6 4900 98 3.2 2.1 1.6 Fría 0º 7.5 3800 76 3.2 2.1 1.9 Caliente 40º 3.5 1800 36 3.2 2.1 2.3 PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 82 - Zaragoza 2011 * Al ser el clipado un proceso de muy corta duración se establece el coeficiente de seguridad mínimo en 1. Los cálculos realizados en el programa informático corresponden a la pieza en estado húmedo, el resto de resultados se han conseguido usando la proporcionalidad que nos da el módulo elástico del material en cada estado. 6.5.2 - FUNCION COLGADO VERTICAL Esta función determina el caso en el que la luminaria está atornillada a la pared de forma paralela al suelo Para esta función se ha propuesto una fuerza vertical sobre uno de los lados, dejando el lado contrario libre de cargas. La fuerza tiene un valor de 75 Nw, que son equivalentes a los 2,5 Kg que pesa la luminaria multiplicado por un coeficiente de 3. El punto de anclaje elegido para esta función es solamente la parte central de la pieza que es por donde se atornilla a la pared. Se han realizado dos repartos de cargas distintos, el primero simula la condición real de contorno que sufre la pieza y el segundo simula que el peso sufrido por la pieza solamente lo soportan las patas laterales de la pieza. § OPCION DE REPARTO 1 (30 Nw + 30 Nw en las patas y 15 Nw en la parte central): PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 83 - Zaragoza 2011 Figura 6.73 Condiciones contorno función colgado vertical opción reparto 1. A continuación se muestran en las gráficas los resultados obtenidos de la pieza anclaje ancho en la función del colgado vertical de la luminaria para la opción de reparto 1: Figura 6.74 Tensiones (MPa) Figura 6.75 Desplazamientos (mm) Figura 6.76 Deformaciones unitarias (N/D) PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 84 - Zaragoza 2011 La siguiente tabla detalla los máximos obtenidos en los resultados finales de la simulación del colgado vertical del programa Pro-engineer: Caso E (MPa) F (Kg) σ (MPa) Δ (mm) ε (%) C.S Húmeda 3000 7.5 13 0.6 0.4 8.8 Húmeda 3000 2.5 4 0.2 0.16 26.7 Seca 4900 7.5 13 0.36 0.3 11.9 Seca 4900 2.5 4 0.12 0.1 36 § OPCION DE REPARTO 2 (37.5 Nw + 37.5Nw en cada pata): Figura 6.80 Condiciones contorno función colgado vertical opción reparto 2. A continuación se muestran en las gráficas los resultados obtenidos de la pieza anclaje ancho en la función del colgado vertical de la luminaria para la opción de reparto 2: PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 85 - Zaragoza 2011 Figura 6.81 Tensiones (MPa) Figura 6.82 Desplazamientos (mm) Figura 6.83 Deformaciones unitarias (N/D) La siguiente tabla detalla los máximos obtenidos en los resultados finales de la simulación del colgado vertical del programa Pro-engineer: Caso E (MPa) F (Kg) σ (MPa) Δ (mm) ε (%) C.S Húmeda 3000 7.5 14 0.08 0.45 8.2 Húmeda 3000 2.5 4.5 0.02 0.15 25 Seca 4900 7.5 14 0.05 0.27 11 Seca 4900 2.5 4.5 0.01 0.09 33.7 PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 86 - Zaragoza 2011 6.5.3 - FUNCION COLGADO HORIZONTAL Esta función determina el caso en el que la luminaria está atornillada al techo. Para esta función se ha propuesto una fuerza vertical sobre cada lado. La fuerza tiene un valor de 37,5 Nw, que son equivalentes a los 1,25 Kg que recibe cada lado del clip por el peso de la luminaria multiplicado por un coeficiente de seguridad de 3. Los puntos de anclaje elegidos para esta función son la parte central de la pieza que es por donde se atornilla al techo y los laterales de la pieza también se simulan anclados porque una vez clipada la pieza en la luminaria no puede abrirse hacia los lados. Figura 6.87 Condiciones contorno función colgado horizontal. A continuación se muestran en las gráficas los resultados obtenidos en el caso lineal de la pieza anclaje ancho en la función del colgado horizontal de la luminaria: PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 87 - Zaragoza 2011 Figura 6.88 Tensiones (MPa) Figura 6.89 Desplazamientos (mm) Figura 6.90 Deformaciones unitarias (N/D) La siguiente tabla nos muestra los máximos obtenidos en los resultados finales de la simulación del colgado horizontal del programa Pro-engineer: Pieza F (Kg) E (MPa) σ (MPa) Δ (mm) ε (%) C.S Húmeda 7.5 3000 18 0.33 0.51 6.4 Húmeda 2.5 3000 6 0.11 0.17 19.1 Seca 7.5 4900 18 0.2 0.31 8.6 Seca 2.5 4900 6 0.06 0.1 25.8 Los cálculos realizados en el programa informático corresponden a la pieza en estado húmedo con 7,5 Kg de peso, el resto de resultados PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 88 - Zaragoza 2011 se han conseguido de forma teórica por ser un comportamiento lineal extrapolando. 6.5.4 - FUNCION COLGADO HORIZONTAL POR TRIANGULO Esta función determina el caso en el que la luminaria está colgada por un triangulo en el techo. Para esta función se ha propuesto la misma fuerza vertical que en la función de colgado horizontal sin triangulo. La fuerza tiene un valor de 12,5 Nw, que son equivalentes a los 1,25 Kg que recibe cada lado del clip por el peso de la luminaria. Los puntos de anclaje elegidos para esta función son los agujeros preparados para el triangulo metálico y los laterales de la pieza también se simulan anclados porque una vez clipada la pieza en la luminaria no puede abrirse hacia los lados. Figura 6.94 Condiciones contorno función colgado horizontal por triangulo. A continuación se muestran en las gráficas los resultados obtenidos en el caso lineal del anclaje ancho en la función del colgado horizontal por triangulo de la luminaria: PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 89 - Zaragoza 2011 Figura 6.95 Tensiones (MPa) Figura 6.96 Desplazamientos (mm) Figura 6.97 Deformaciones unitarias (N/D) La siguiente tabla detalla los máximos obtenidos en los resultados finales de la simulación del colgado horizontal por triangulo del programa Pro-engineer: Pieza F (Kg) E (MPa) σ (MPa) Δ (mm) ε (%) C.S Húmeda 7.5 3000 9 0.06 0.4 12.8 Húmeda 2.5 3000 3 0.02 0.13 38.3 Seca 7.5 4900 9 0.03 0.24 17.2 Seca 2.5 4900 3 0.01 0.08 51.6 PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 96 - Zaragoza 2011 Como se ha comentado anteriormente también se realizaron pruebas para los diferentes estados en los que se puede encontrar nuestra pieza, estos análisis sólo se realizaron para el anclaje final estrecho puesto que es nuestra propuesta de diseño. Pieza F (Kg) Húmeda 1.8 Fría 5.8 Caliente 1.3 7.1.2 – FUNCIÓN COLGADO VERTICAL: Este ensayo se refiere al colgado de las luminarias sobre una pared o superficie perpendicular al suelo. En esta posición mediremos, mediante un calibre digital, los desplazamientos sufridos por el clip al realizar la función solicitada. La carga de trabajo estará entorno a los 2,5 Kg. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 97 - Zaragoza 2011 Figura 7.3 Ensayo colgado vertical. Para el colgado vertical del anclaje final se ha realizado dos ensayos diferentes, simulando en uno el colgado real sufrido por la pieza y en otro poniendo solamente el peso en la parte central de la pieza, sin ejercer fuerza alguna en los refuerzos laterales de la pieza. A continuación se muestra los resultados obtenidos en los ensayos realizados para la función de colgado vertical: PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 98 - Zaragoza 2011 Pieza Medida inicial Medida final Deformación Clip metal 38,5 mm 39,4 mm. 0.9 mm. Prototipo estrecho 37,84 mm 39,14 mm 1.4 mm Anclaje estrecho (colgado real) 44.86 mm 44.89 mm. 0.03 mm. Anclaje estrecho (colgado sobre clip) 36,12 mm 37,46 mm 1,3 mm 7.1.3 – FUNCIÓN COLGADO HORIZONTAL: Este ensayo se refiere al colgado de las luminarias sobre el techo o una superficie paralela al suelo. En esta posición mediremos, mediante un calibre digital, los desplazamientos sufridos por el clip al realizar la función solicitada. La carga de trabajo estará entorno a los 2,5 Kg. Figura 7.4 Ensayo colgado horizontal. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 99 - Zaragoza 2011 A continuación se muestra los resultados obtenidos en los ensayos realizados para la función de colgado horizontal: Pieza Medida inicial Medida final Deformación Clip metal 15,25 mm 15,44 mm. 0,19 mm. Prototipo estrecho 17,28 mm 17,49 mm 0,21 mm Anclaje estrecho (material Zalux) 17,15 mm. 17,23 mm. 0,08 mm Anclaje estrecho (material china) 17,21 mm. 17,26 mm. 0,05 mm Para los dos materiales utilizados en la fabricación del anclaje estrecho podemos comprobar cómo la deformación es mucho menor que la pieza utilizada actualmente en metal. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 100 - Zaragoza 2011 7.1.4 – FUNCIÓN ATORNILLADO: Figura 7.5 Tornillo de cabeza cónica fina. Figura 7.6 Tornillo de cabeza cónica gruesa. Se han realizado pruebas de atornillado con 2 tornillos de métrica diferente para comprobar que la parte de sujeción de la pieza de anclaje resiste el par de apriete del tornillo y las deformaciones sufridas por la pieza no son excesivamente grandes. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 101 - Zaragoza 2011 7.2 – ANÁLISIS DE EVOLUCIÓN EN EL TIEMPO: Se han realizado un análisis de la evolución de las deformaciones sufridas por el clip de anclaje en las funciones de colgado vertical y colgado horizontal. Se fabricó una tabla de sustentación con unas escuadras para poder atornillar los clipes en ella y tener durante tres meses una solicitación de cargas con las pesas anteriormente mencionadas en los análisis instantáneos. Se procedió a la medición de las deformaciones, primero día a día y luego semanalmente hasta llegar a los 100 días (aprox. 3 meses). Una vez obtenidos los resultados se procederá al cálculo con las curvas de creep de la deformación teórica que debería sufrir y se comparará con la verdaderamente obtenida en los ensayos reales. Figura 7.7 Ensayo de la evolución de la deformación en el tiempo. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 102 - Zaragoza 2011 A continuación se muestra la tabla de resultados obtenida de las medidas tomadas durante los tres meses por medio de un calibre digital. pieza Δ (1 día) Δ (40 días) Δ (100 días) Proto estrecho horizontal 0,32 0,57 0,59 Proto estrecho vertical 1 2,34 3,46 3,48 Proto estrecho vertical 2 2,17 3,13 3,16 Final estrecho horizontal 0,03 0,15 0,21 Final estrecho vertical 1 (patas) 0,02 0,03 0,036 Final estrecho vertical 2 (patas) 0,03 0,042 0,044 Final estrecho vertical 1 (central) 0,55 0,67 0,69 Final estrecho vertical 2 (central) 0,48 0,60 0,65 Proto ancho horizontal 0,11 0,22 0,28 Proto ancho vertical 1 1,54 2,46 2,46 Proto ancho vertical 2 1,66 2,5 2,53 Final china estrecho vertical 1 (patas) 0,01 0,03 0,03 Final china estrecho vertical 1 (central) 0,3 0,46 0,46 PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 103 - Zaragoza 2011 7.2.1 - EVOLUCIÓN A LO LARGO DEL TIEMPO EN FUNCION DEL COLGADO VERTICAL: El colgado ha sido simulado como el colgado real, es decir, colgando la carga sobre el clip y sobre los soportes laterales. Figura 7.8 Ensayo del colgado vertical real del anclaje estrecho. La tabla de los resultados obtenidos se muestra a continuación: TIEMPO Medida inicial Medida final Deformación 100h (4días) 44.86 mm 44.89 mm. 0.03 mm. 1000h (41días) 44.86 mm 44.902mm. 0.042 mm. 2400 h (100 días) 44.86 mm 44.907 mm. 0.044 mm. La siguiente gráfica muestra la evolución a lo largo del tiempo de las deformaciones del anclaje rediseñado en plástico, como se puede comprobar la gráfica corresponde con la evolución de las deformaciones de los materiales plásticos. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 104 - Zaragoza 2011 Vamos a aplicar las curvas de creep a los resultados del colgado vertical con una duración de tres meses. Las tensiones que se alcanzan para el ensayo de la función de colgado vertical a corto tiempo están próximas a los 5MPa, por lo que se puede utilizar la siguiente tabla para el cálculo de creep a tiempos largos. En 1000 h (41 días aprox.) ε pasa de 0.25 a 0.30, se multiplica por 1.2 En 10000 h (416 días aprox.) ε pasa de 0.25 a 0.34, se multiplica por 1.36 A partir de esta tabla se deduce que la deformación de la pieza aumentará como máximo un 20% respecto a la inicial en 40 días y un 36 % en 416 días no alcanzando en este tiempo una flecha mayor de 0.027mm. 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 inicio 06/10/2010 13/10/2010 20/10/2010 27/10/2010 03/11/2010 10/11/2010 17/11/2010 24/11/2010 01/12/2010 08/12/2010 15/12/2010 22/12/2010 deformacion mm PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 105 - Zaragoza 2011 RESULTADOS EXPERIMENTALES OBTENIDOS MEDIANTE CARGA DE 2.5Kg. MEDIDO CON CALIBRE DIGITAL. Desplazamiento medido 0.03 mm. Desplazamiento medido a los 40 días 0.042 mm. Desplazamiento medido a los 100 días 0.044 mm. Desplazamiento calculado para 410 días 0.057 mm. 7.2.2 - EVOLUCIÓN A LO LARGO DEL TIEMPO EN FUNCION DEL COLGADO HORIZONTAL: El colgado ha sido simulado como el colgado real, es decir, colgando la carga sobre el clip y sobre los soportes laterales. Figura 7.9 Ensayo del colgado horizontal real del anclaje estrecho. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 112 - Zaragoza 2011 • En la función de colgado horizontal la deformación sufrida por nuestra pieza rediseñada es 2.3 veces menor que la pieza metálica a tiempos cortos. • En la opción de colgado horizontal a largo plazo (100 días con los datos que se dispone del material) con 2.5 Kg de carga los desplazamientos son bajos. • En la opción de colgado horizontal a largo plazo, con 2.5 Kg de carga, los desplazamientos a 40 días son bajos y se corresponden con los resultados obtenidos experimentalmente. • En los ensayos realizados para la función de atornillado se ha comprobado que la pieza no rompe al ser atornillada a mano y que aplicando de forma manual pares de apriete sucesivamente mayores la pieza sufre deformaciones menores que no llegan a romper la pieza. • En el anclaje ancho se obtienen resultados semejantes a los determinados para el anclaje estrecho. Los coeficientes de seguridad son incluso más altos para la función de clipado que en el anclaje estrecho. • El clip rediseñado en plástico cumple todas las especificaciones marcadas por el fabricante y en todas las funciones planteadas en el proyecto. Para el colgado horizontal las deformaciones son un 20% menores que las calculadas teóricamente, en el colgado vertical son un 10 % PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 113 - Zaragoza 2011 mayores. Puesto que los resultados de los ensayos experimentales obtenidos para las funciones de colgado vertical y horizontal se corresponden con los calculados teóricamente, tanto a corto plazo como a largo plazo, se pueden extrapolar los resultados para plazos más largos y concluir que el comportamiento del anclaje real en estos plazos será correcto. PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 114 - Zaragoza 2011 9-. LUGAR, FECHA Y FIRMA DEL RESPONSABLE DEL PROYECTO PROYECTO FINAL DE CARRERA: “Análisis teórico-experimental de una pieza rediseñada en plástico” -Pág. 115 - Zaragoza 2011 Firma el ingeniero técnico: Cristian Gómez García........................................................ Zaragoza a 15 de Febrero del 2011