Modelado y animación en Catia V5 de una máquina de vapor “SPIRIT FIRED KERR-STUART”

Equa ion Chap e 1 Sec ion 1
T abajo Fin de Más e
Más e en Ingenie ía Ae onáu ica
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina
de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
Au o : Pablo Fe nández Mo aga
Tu o : Ra ael O iz Ma ín
Dp o. Ingenie ía G á ica
Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2025
iii
T abajo Fin de Más e
Más e en Ingenie ía Ae onáu ica
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina
de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
Au o :
Pablo Fe nández Mo aga
Tu o :
Ra ael O iz Ma ín
Dp o. Ingenie ía G á ica
Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2025
P oyec o Fin de Ca e a: Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED
KERR-STUART”
Au o :
Pablo Fe nández Mo aga
Tu o :
Ra ael O iz Ma ín
El ibunal nomb ado pa a juzga el P oyec o a iba indicado, compues o po los siguien es miemb os:
P esiden e:
Vocales:
Sec e a io:
Acue dan o o ga le la cali icación de:
Se illa, 2025
El Sec e a io del T ibunal

ii
Dedicado a la pe sona que ha hecho posible
que yo haya llegado has a aquí,
mi mad e.
ix
Ag adecimien os
A mi amilia, po su apoyo incondicional en odas y cada una de las decisiones que he omado a lo la go de mi
ida.
4.54 BRAZIL-4-15-CLACK VALVE 75
4.55 BRAZIL-4-16-REGULATOR VALVE 75
4.56 BRAZIL-4-17-BLOWER VALVE 76
4.57 BRAZIL-4-18-BLOWER VALVE PIPING 76
4.58 BRAZIL-4-19-BACKHEAD FIRE DOOR 78
4.59 BRAZIL-4-20-STEAM SUPPLY PIPE 78
4.60 BRAZIL-4-21-STEAM SUPPLY MANIFOLD 78
4.61 BRAZIL-4-23-PRESSURE GAUGE 79
4.62 BRAZIL-5-01-SADDLE TANK SHELL 80
4.63 BRAZIL-5-02-SADDLE TANK FILLER CAP 82
4.64 BRAZIL-5-03-SADDLE TANK BALANCING PIPE 82
4.65 BRAZIL-5-04-SADDLE TANK STOP NUT 82
4.66 BRAZIL-5-05-DRIVERS CAB SIDE FRAME 83
4.67 BRAZIL-5-06-DRIVERS CAB BUNKER 83
4.68 BRAZIL-5-07-DRIVERS CAB FRONT PLATE 84
4.69 BRAZIL-5-08-DRIVERS CAB REAR FRAME 84
4.70 BRAZIL-5-09-DRIVERS CAB ROOF 85
4.71 BRAZIL-89mm-RAIL 86
4.72 Diseños p opios: Foco delan e o y Mecanismo silba o 87
4.72.1 BRAZIL-6-01-FOCUS 87
4.72.2 BRAZIL-6-02-WHISTLE 89
5 Ensamble y ende izado 93
5.1 P oceso Ensamblaje 93
5.2 P oceso Rende izado 95
5.3 Ensamblajes 96
5.3.1 SA-1-101 97
5.3.2 SA-1-102 97
5.3.3 SA-1-105 98
5.3.4 SA-2-201 99
5.3.5 SA-2-202 99
5.3.6 SA-2-203 99
5.3.7 SA-2-205 100
5.3.8 SA-3-301 101
5.3.9 SA-3-302 101
5.3.10 SA-3-303 102
5.3.11 SA-3-304 102
5.3.12 SA-3-305 103
5.3.13 SA-3-310 104
5.3.14 SA-4-401 105
5.3.15 SA-4-402 106
5.3.16 SA-4-405 107
5.3.17 SA-4-410 108
5.3.18 SA-5-501 108
5.3.19 SA-5-502 109
5.3.20 SA-5-505 109
5.3.21 Ensamblaje ex a 110
5.4 Rende izado 111
6 Animación 113
6.1 P oceso de Animación 113
7 Es udio é mico 121
7.1 Me odología 121
7.2 Es udio é mico 3D 122
7.2.1 C eación del modelo en Ca ia V5 122

x ii
7.2.2 C eación del p oyec o y módulo Geome y 124
7.2.3 Módulo Mesh 126
7.2.4 Módulo Fluen 132
7.3 Es udio é mico 2D 141
7.3.1 C eación del modelo 142
7.3.2 Módulo Mesh 144
7.3.3 Módulo Fluen 146
7.4 Resul ados ob enidos 149
7.5 Análisis de los esul ados ob enidos 152
8 Conclusiones y desa ollos u u os 154
Re e encias 156
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Subconjun os del modelo 27
Tabla 2. Recuen os 28
Tabla 3. Valo es abulados de gases a 773K 135
xix
ÍNDICE DE FIGURAS
Figu a 1. Esquema de los componen es de una máquina de apo [7] 4
Figu a 2. Eolípila de He ón de Alejand ía [11] 5
Figu a 3. Mo o pa a ele a el agua median e el uego de Thomas Sa e y [15] 6
Figu a 4. Máquina de apo de Newcomen [17] 7
Figu a 5. Máquina de apo de James Wa [20] 8
Figu a 6. Locomo o a Rocke de Geo ge S ephenson [26] 9
Figu a 7. Ke -S ua B azil Class 0-4-2ST [32] 12
Figu a 8. Logo del so wa e CATIA V5 [50] 19
Figu a 9. Logo del so wa e Au oCAD [53] 21
Figu a 10. Logo del so wa e SolidWo ks [55] 22
Figu a 11. Logo del so wa e In en o [57] 22
Figu a 12. Logo del so wa e C eo Pa ame ic [59] 22
Figu a 13. Logo del so wa e Solid Edge [61] 22
Figu a 14. Logo del so wa e OpenFOAM [65] 24
Figu a 15. Logo del so wa e COMSOL Mul iphysics [67] 24
Figu a 16. Logo del so wa e STAR-CCM+ [69] 24
Figu a 17. Logo del so wa e Au odesk CFD [71] 25
Figu a 18. Esquema gene al de los componen es del Unde F ame [1] 28
Figu a 19. P oceso de modelado de la pieza 1-01.1 29
Figu a 20. P oceso de modelado de la pieza 1-01.2 29
Figu a 21. P oceso de modelado de una escuad a 30
Figu a 22. P oceso de modelado de la pieza 1-01.16 30
Figu a 23 P oceso de modelado de la pieza 1-01.12 31
Figu a 24. Unde F ame modelado en Ca ia V5 31
Figu a 25. Esquema gene al de los componen es del Wheel Axle Bea ing [1] 32
Figu a 26. P oceso de modelado del Wheel Axle Bea ing 32
Figu a 27. Esquema de los componen es del Cylinde [1] 33
Figu a 28. P oceso de modelado de la pieza 1-03.1 34
xxi
Figu a 29. P oceso de modelado de la pieza 1-03.4 34
Figu a 30. Cylinde modelado en Ca ia V5 35
Figu a 31. Esquema de la slide al e spindle gland nu [1] 35
Figu a 32. P oceso de modelado de la slide al e spindle gland nu 36
Figu a 33. Esquema de la cylinde on co e [1] 36
Figu a 34. Cylinde on co e odelada en CATIA V5 37
Figu a 35. Esquema de los componen es de la cylinde ea co e [1] 37
Figu a 36. P oceso de modelado de la pieza 1-06.1 38
Figu a 37. Cylinde ea co e modelada en CATIA V5 38
Figu a 38. Esquema de los componen es de la S eam inle ee + pipes [1] 38
Figu a 39. Pieza 1-07.1 modelada 39
Figu a 40. S eam inle ee + pipes modelado en CATIA V5 39
Figu a 41. Esquema de los componen es de s eam exhaus ee + pipes [1] 40
Figu a 42. S eam exhaus ee + pipes modelado en CATIA V5 40
Figu a 43. Esquema de la c osshead guide ba [1] 41
Figu a 44. C osshead guide ba modelado en CATIA V5 41
Figu a 45. Esquema [1] y modelado en CATIA V5 de la c osshead guide ba b acke 42
Figu a 46. Esquema del Lub ica o [1] 42
Figu a 47. P oceso de modelado de la pieza 1-11.7 en CATIA V5 43
Figu a 48. Lub ica o modelado en CATIA V5 43
Figu a 49. Esquema del sump + bu ne [1] 44
Figu a 50. C eación de plano angen e pa a ealiza las pe o aciones sob e los depósi os 44
Figu a 51. Poceso de modelado del sump en CATIA V5 45
Figu a 52. Sump + bu ne modelado y ensamblado en CATIA V5 46
Figu a 53. Esquema [1] y modelado en CATIA V5 del unnion block 46
Figu a 54. Esquema [1] y modelado en CATIA V5 del bu e 46
Figu a 55. Esquema del on wheel se [1] 47
Figu a 56. P oceso de modelado de la pieza 2-01.2 47
Figu a 57. F on wheel se modelado en CATIA V5 48
Figu a 58. Esquema [1] y modelado en CATIA V5 del on wheel se 48
Figu a 59. Esquema del ailing wheel bogie [1] 49
Figu a 60. Po ceso de modelado de la pieza 2-03.1 49
Figu a 61. Modelado de la pieza 2-03.3 50
Figu a 62. T ailing wheel bogie modelado en CATIA V5 50
Figu a 63. Esquema [1] y modelado del ailing wheel se en CATIA V5 51
Figu a 64. Esquema [1] y modelado del coupling od en CATIA V5 51
Figu a 65. Esquema [1] y modelado del pis on + c osshead en CATIA V5 52
Figu a 66. Modelado de la pieza 2-06.2 52
Figu a 67. P oceso de modelado de la pieza 2-06.4 53

Figu a 68. Esquema [1] y modelado del con- od en CATIA V5 54
Figu a 69. Modelado de la pieza 2-07.2 54
Figu a 70. Esquema [1] y modelado del slide al e" en CATIA V5 55
Figu a 71. P oceso de modelado de la pieza 2-08.1 55
Figu a 72. Esquema [1] y modelado del expansion link en CATIA V5 56
Figu a 73. Esquema [1] y modelado del die block en CATIA V5 56
Figu a 74. Esquema [1] y modelado de la adius ba en CATIA V5 57
Figu a 75. Esquema [1] y modelado de la slide al e con- od en CATIA V5 57
Figu a 76. Esquema [1] y modelado de la on end oo pla e en CATIA V5 58
Figu a 77. Esquema [1] y modelado de la smokebox shell en CATIA V5 58
Figu a 78. Esquema [1] y modelado de la smokebox doo en CATIA V5 59
Figu a 79. Modelado de la pieza 3-03.1 en CATIA V5 59
Figu a 80. Esquema [1] y modelado de la smoke s ack en CATIA V5 60
Figu a 81. Modelado de la pieza 3-04.1 en CATIA V5 60
Figu a 82. Esquema [1] y modelado de la pe icoa pipe en CATIA V5 61
Figu a 83. Esquema [1] y modelado de la ea end oo pla e en CATIA V5 61
Figu a 84. Esquema [1] y modelado de la ea s ep en CATIA V5 62
Figu a 85. Esquema [1] y modelado del uel ank en CATIA V5 62
Figu a 86. Esquema [1] y modelado de la ank con ol al e en CATIA V5 63
Figu a 87. P oceso de modlado de la pieza 3-09.3 en CATIA V5 64
Figu a 88. Esquema [1] y modelado del e e sing le e s and en CATIA V5 64
Figu a 89. Esquema [1] y modelado de la e e sing le e en CATIA V5. 65
Figu a 90. Esquema [1] y modelado del e e sing le e sp ing en CATIA V5 65
Figu a 91. Esquema [1] y modelado de la each od en CATIA V5 66
Figu a 92. Esquema de la boile shell [1] 66
Figu a 93. Modelado de la pieza 4-01.1 en CATIA V5 67
Figu a 94. Modelado de la bole shell en CATIA V5 67
Figu a 95. Esquema [1] y modelado de la boile lue pipe en CATIA V5 68
Figu a 96. Esquema [1] y modelado de la boile lue pipe- ype-2 en CATIA V5 68
Figu a 97. Esquema [1] y modelado de la Boile Bush-Type-1 en CATIA V5 69
Figu a 98. Esquema [1] y modelado de la Boile Bush-Type-2 en CATIA V5 69
Figu a 99. Esquema [1] y modelado de la S ay-Blowe Pipe en CATIA V5 69
Figu a 100. Esquema [1] y modelado de la wa e -p essu e gauge op i ing en CATIA V5 70
Figu a 101. Modelado de la pieza 4-07.1 en CATIA V5 70
Figu a 102. Esquema [1] y modelado de la wa e gauge bo om i ing en CATIA V5 71
Figu a 103. Esquema [1] y modelado de la sa e y al e en CATIA V5 71
Figu a 104. Esquema [1] y modelado de la sa e y al e dome en CATIA V5 72
Figu a 105. Esquema [1] y modelado de ls wa e gauge en CATIA V5 72
Figu a 106. Esquema [1] y modelado de la wa e gauge pipe nu en CATIA V5 73
xxiii
Figu a 107. Esquema [1] y modelado de la Fi e box en CATIA V5 73
Figu a 108. P oceso de modelado de la Fi e box en CATIA V5 74
Figu a 109. Esquema [1] y modelado de la d y backhead en CATIA V5 74
Figu a 110. Esquema [1] y modelado de la clack al e en CATIA V5 75
Figu a 111. Esquema [1] y modelado de la egula o al e en CATIA V5 75
Figu a 112. Esquema [1] y modelado de la blowe al e en CATIA V5 76
Figu a 113. P oceso de modelado de la pieza 4-17.6 en CATIA V5 76
Figu a 114. Esquema [1] y modelado de la blowe al e piping en CATIA V5 77
Figu a 115. P oceso de moleado de la pieza 4-18.1 en CATIA V5 77
Figu a 116. Esquema [1] y modelado de la backhead i e doo en CATIA V5 78
Figu a 117. Esquema [1] y modelado de la s eam supply pipe en CATIA V5 78
Figu a 118. Esquema [1] y modelado de la s eam supply mani old en CATIA V5 79
Figu a 119. Esquema [1] y modelado de la p essu e gauge en CATIA V5 79
Figu a 120. Esquema de la saddle ank shell [1] 80
Figu a 121. P oceso de modelado de la pieza 5-01.4 en CATIA V5 81
Figu a 122. Modelado de la saddle ank shell en CATIA V5 81
Figu a 123. Esquema [1] y modelado de la saddle ank ille cap en CATIA V5 82
Figu a 124. Esquema [1] y modelado de la saddle ank balancing pipe en CATIA V5 82
Figu a 125. Esquema [1] y modelado de la saddle ank s op nu en CATIA V5 83
Figu a 126. Esquema [1] y modelado del d i e s cab side ame en CATIA V5 83
Figu a 127. Esquema [1] y modelado del d i e s cab bunke en CATIA V5 84
Figu a 128. Esquema [1] y modelado del d i e s cab on pla e en CATIA V5 84
Figu a 129. Esquema [1] y modelado del d i e s cab ea ame en CATIA V5 85
Figu a 130. Esquema [1] y modelado del d i e s cab oo en CATIA V5 85
Figu a 131. P oceso de modelado del d i e s cab oo en CATIA V5 86
Figu a 132. Po ceso de modelado de la ía en CATIA V5 86
Figu a 133. Pieza 6-01.1 modelada 87
Figu a 134. Pieza 6-01.2 modelada 87
Figu a 135. Pieza 6-01.3 modelada 88
Figu a 136. Pieza 6-01.4 modelada 88
Figu a 137. Pieza 6-01.5 modelada 88
Figu a 138. Foco modelado y ensamblado en CATIA V5 89
Figu a 139. Pieza 6-02.1 modelada 89
Figu a 140. Pieza 6-02.2 modelada 89
Figu a 141. Pieza 6-02.3 modelada 90
Figu a 142. Pieza 6-02.4 modelada 90
Figu a 143. Pieza 6-02.5 modelada 90
Figu a 144. Pieza 6-02.6 modelada 91
Figu a 145. Pieza 6-02.7 modelada 91
Figu a 146. Pieza 6-02.8 modelada 91
Figu a 147. Pieza 6-02.9 modelada 92
Figu a 148. Pieza 6-02.10 modelada 92
Figu a 149. Mecanismo silba o modelado y ensamblado en CATIA V5 92
Figu a 150. Ubicación de Assembly Design en la in e az de usua io 93
Figu a 151. Panel Cons ain s 94
Figu a 152. Panel Manipula ion 94
Figu a 153. Panel Upda e 94
Figu a 154. Panel Pho o S udio Easy Tools 95
Figu a 155. Panel de con ol de ondo, iluminación y somb eado 95
Figu a 156. Panel de con igu ación de ende izado 95
Figu a 157. Opción pa a delimi ación de á ea 96
Figu a 158. Opción ende iza 96
Figu a 159. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-1-101 97
Figu a 160. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-1-102 97
Figu a 161. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-1-105 98
Figu a 162. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-2-201 99
Figu a 163. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-2-202 99
Figu a 164. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-2-203 99
Figu a 165. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-2-205 100
Figu a 166. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-3-301 101
Figu a 167. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-3-302 101
Figu a 168. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-3-303 102
Figu a 169. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-3-304 102
Figu a 170. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-3-305 103
Figu a 171. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-3-310 104
Figu a 172. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-4-401 105
Figu a 173. Imagen ende izada del in e io del conjun o SA-4-401 106
Figu a 174. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-4-402 106
Figu a 175. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-4-405 107
Figu a 176. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-4-410 108
Figu a 177. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-5-501 108
Figu a 178. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-5-502 109
Figu a 179. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-5-505 109
Figu a 180. Imágenes del oco y del mecanismo silba o ende izados 110
Figu a 181. Imagen ende izada de la is a on al y ase a de la locomo o a. 111
Figu a 182. Imagen ende izada de la is a en plan a de la locomo o a. 111
Figu a 183. Imagen ende izada de la is a la e al de la locomo o a. 112
Figu a 184. Imagen ende izada de la is a gene al de la locomo o a. 112
xx
Figu a 185. Acceso al módulo DMU Kinema ics 113
Figu a 186. C eación del mecanismo “ANIMACIÓN” 114
Figu a 187. Mecanismos del modelo 114
Figu a 188. Panel Kinema ics Join s 114
Figu a 189. Res icción de ijación (Fix Pa ) en el chasis (ensamblaje SA-1-105) 115
Figu a 190. Res icción conducida de e olución (Re olu e Join ) en ueda 115
Figu a 191. Res icción de deslizamien o (P isma ic Join ) en guiado de pis ón 116
Figu a 192. Res icción de deslizamien o (P isma ic Join ) en e el Expansion Link y el Die Block 116
Figu a 193. Res icción conducida de e olución (Re olu e Join ) en e el Expansion Link y el chasis 116
Figu a 194. Res icción plana (Plana Join ) en e la álcula deslizan e y su compa imen o 117
Figu a 195. Res icción de conexión (Rigid Join ) en e el chasis y el e e sing le e s and 117
Figu a 196. Res icción de e olución (Re olu e Join ) en e el e e sing le e y su accionado 117
Figu a 197. Res icción conducida de e olución (Re olu e Join ) en el mecanismo silba o 118
Figu a 198. Res icción de deslizamien o (P isma ic Join ) en el mecanismo silba o 118
Figu a 199. C eación de las simulaciones 119
Figu a 200. In e az de c eación de las secuencias 119
Figu a 201. Modelo del anque y ube ías en CATIA V5 122
Figu a 202. De alle in e io del anque y ube ías 122
Figu a 203. Rep esen ación del gas calien e en el modelo 123
Figu a 204. Rep esen ación del agua en el modelo 123
Figu a 205. Modelo ensamblado en CATIA V5 123
Figu a 206. Vis a in e io del modelo ensamblado 124
Figu a 207. Aplicación de la o ación de 90° en ANSYS 125
Figu a 208. C eación de única en idad con Fo m New Pa 125
Figu a 209. De inición de las egiones luidas y sólidas en ANSYS 126
Figu a 210. Conexión del módulo Mesh 126
Figu a 211. Con igu ación del mallado 127
Figu a 212. Sizing en el bo de del dominio del agua 127
Figu a 213. Sizing en el bo de del dominio del anque 128
Figu a 214. Sizing en el bo de del dominio del gas calien e 128
Figu a 215. Modelo comple o mallado 129
Figu a 216. Modelo comple o mallado (de alle) 129
Figu a 217. Modelo luido mallado 130
Figu a 218. Modelo luido mallado (de alle) 130
Figu a 219. Comp obación de S a is ics 130
Figu a 220. Elemen Quali y 131
Figu a 221. Aspec Ra io 131
Figu a 222. Skewness 131
Figu a 223. O hogonal Quali y 131
La máquina de apo
4
- Mecanismo de dis ibución de apo (a menudo una ál ula deslizan e o ál ula de co ede a):
También conocido como in e so de ma cha (Re e sing Gea ) o enlace de S ephe son, es un
mecanismo compues o po un sis ema de a illas y enlaces que aco an o p olongan la ca e a de la
ál ula deslizan e al mo e una palanca si uada en la cabina. De es a mane a se puede con ola el
iempo en el que el cilind o es á ecibiendo apo [6].
En el a anque, la posición de la palanca de e mina la di ección del mo imien o, ya que pe mi e
con ola si el apo en a en el cilind o desde un lado u o o del pis ón. Una ez la locomo o a ha
a ancado y se ha encido la ine cia, la palanca de cambio puede mo e se a a ias posiciones
in e medias, lo que ambién pe mi e un con ol ino de la elocidad, así como limi a la can idad de
apo que en a a los cilind os, economizando el apo y, lógicamen e, el agua y el ca bón [6].
Figu a 1. Esquema de los componen es de una máquina de apo [7]
2.2 Es ado del a e
Las máquinas de apo , al como las conocemos hoy, son el esul ado de siglos de inno ación y desa ollo. Sin
emba go, sus p incipios básicos pueden as ea se has a el siglo I d.C., cuando He ón de Alejand ía, un
ingenie o y ma emá ico g iego, hizo algunas de las p ime as con ibuciones documen adas en el uso del apo
como uen e de ene gía.
Es e apa ado analiza el desa ollo de las máquinas de apo y la e olución de es a ecnología.
2.2.1 El o igen de las máquinas de apo con He ón de Alejand ía en el Siglo I d.C
He ón ue un ingenie o y ma emá ico helenís ico [8] que i ió en Alejand ía, Egip o, y es conocido po su
ob a Pneuma ica (Neumá ica), donde desc ibe a ias máquinas que uncionan con la p esión del ai e, el agua y
el apo [9]. En e es os disposi i os, des aca especialmen e la eolípila, conside ado po muchos como la
p ime a máquina de apo de la his o ia [10]. El eolípila consis ía en una es e a hueca mon ada sob e un
pi o e, que al calen a se y libe a apo a a és de boquillas o ien adas en di ecciones opues as, gene aba un
mo imien o o a o io de más de 1.000 e oluciones po minu o. Es e apa a o no enía u ilidad, ya que gi aba
demasiado ápido y no ap o echaba el apo de escape, po lo que su unción e a en e ene o asomb a a la
gen e [10].

5
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
Figu a 2. Eolípila de He ón de Alejand ía [11]
Aunque la ecnología del apo no se desa olló inmedia amen e después de He ón, su abajo ue undamen al
pa a el u u o de la ingenie ía. Algunos de sus a ados ue on aducidos al á abe du an e la Edad Media y
luego al la ín [8], lo que pe mi ió que sus ideas sob e i ie an y se di undie an en el mundo islámico y
pos e io men e en Eu opa du an e el Renacimien o.
2.2.2 Thomas Sa e y y el p ime mo o de apo come cial
Después de los p ime os p incipios es ablecidos po He ón de Alejand ía en el siglo I d.C., el camino hacia el
desa ollo de las máquinas de apo expe imen ó un p olongado pe íodo de es ancamien o. Sin emba go, con
la llegada de la Re olución Cien í ica y la Re olución Indus ial, el in e és en ap o echa el pode del apo
esu gió con ue za.
A inales del siglo XVII, la indus ia mine a en en aba g a es p oblemas debido a la acumulación de agua en
las minas sub e áneas. El desagüe de es as minas e a un desa ío c í ico, ya que las bombas exis en es no e an
capaces de desa olla una po encia su icien e pa a ex ae el agua desde las p o undidades de la mina [12].
En 1698, Thomas Sa e y ob u o la pa en e de su "Mo o pa a ele a el agua median e el uego" [13]. Es e
disposi i o, aunque udimen a io en compa ación con los desa ollos pos e io es, ep esen ó un a ance
signi ica i o en la ecnología de su iempo.
La máquina de Sa e y u ilizaba apo pa a c ea un acío que, a su ez, aspi aba agua desde un pozo. El
uncionamien o básico del disposi i o [12] e a el siguien e:
1. Gene ación de apo : Se calen aba agua en una calde a, p oduciendo apo que se canalizaba hacia un
con enedo ce ado (la cáma a de apo ).
La máquina de apo
6
Figu a 3. Mo o pa a ele a el agua median e
el uego de Thomas Sa e y [15]
2. C eación del acío: Al ocia agua ía sob e la cáma a de
apo , el apo se condensaba ápidamen e, c eando un acío
pa cial den o de la cáma a.
3. Succión de agua: La p esión a mos é ica o zaba el agua a
subi po una ube ía y llena la cáma a de apo , debido al
acío c eado.
4. Expulsión del agua: Una ez llena, la cáma a se ce aba y
se ol ía a in oduci apo , o zando el agua hacia a iba y
ue a del sis ema a a és de o a ube ía, alcanzando ni eles
más al os.
A pesa de su ingenio, la máquina de Sa e y p esen aba a ias
limi aciones impo an es. En p ime luga , la máquina e a
incapaz de le an a agua desde g andes p o undidades [14],
limi ando su e icacia a aplicaciones supe iciales. Además, los
ma e iales y la ecnología de la época no podían sopo a las
al as p esiones de apo necesa ias pa a ope aciones más
e icien es, lo que inc emen aba el iesgo de explosiones [13].
La máquina de Sa e y, aunque limi ada, ep esen ó un hi o en
la his o ia de las máquinas de apo . Su in ención demos ó la
iabilidad de u iliza apo pa a ealiza abajo mecánico y
allanó el camino pa a u u os desa ollos en ecnología de
mo o es de apo . Sa e y ambién publicó un lib o i ulado "El
amigo del mine o" [12] , donde de allaba el uncionamien o y
las en ajas de su in en o, ayudando a di undi sus ideas y
conocimien os.
2.2.3 Thomas Newcomen y el a ance del mo o de apo
T as los p ime os expe imen os de Thomas Sa e y, la e olución de las máquinas de apo con inuó con
mejo as signi ica i as in oducidas po Thomas Newcomen a p incipios del siglo XVIII. Newcomen, un
he e o y come cian e inglés, hizo a ances c uciales en el diseño de mo o es de apo , solucionando muchos
de los p oblemas inhe en es a las máquinas de Sa e y. Su mo o de apo , desa ollado en 1712, se conside a
el p ime g an paso de la Re olución Indus ial [16].
T abajando en colabo ación con John Calley, desa olló un mo o de apo que mejo ó conside ablemen e la
e iciencia y la p ac icidad de las máquinas de apo . A di e encia de la de Sa e y en la que el p opio acío del
depósi o e a el que abso bía el agua de la mina, en la máquina de Newcomen el acío se c eaba en un cilind o
que, conec ado a una iga dispues a en modo balancín, i aba de la misma hacia abajo [16].
Seguidamen e, se llenaba el cilind o con apo eliminando así el acío y pe mi iendo a la iga subi . De es e
modo, se accionaba una bomba al e na i a que ex aía el agua de la mina [16]. Es e concep o de
uncionamien o ue e oluciona io en su iempo.
7
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
Figu a 4. Máquina de apo de Newcomen [17]
El diseño de Newcomen ambién es ableció p incipios undamen ales que in lui ían en in en o es pos e io es.
En pa icula , el abajo de Newcomen inspi ó a James Wa , quien en 1769 in odujo mejo as adicionales que
e oluciona on aún más la ecnología de las máquinas de apo , como hace que el apo condensa a en una
cáma a di e en e a la del pis ón [18].
2.2.4 James Wa y la e olución de las Máquinas de Vapo (1765)
James Wa , un ingenie o mecánico y químico escocés [18], in luenciado po el mo o de Newcomen,
desa olló una se ie de mejo as que pe mi ie on aho a mucho combus ible [19], aumen a on
signi ica i amen e la e iciencia y e sa ilidad de las máquinas de apo , con la ayuda de Ma hew Boul on.
Wa comenzó a abaja con las máquinas de apo de Newcomen en la década de 1763, cuando ue
enca gado de epa a un modelo en la Uni e sidad de Glasgow. Du an e su abajo, Wa iden i icó un
p oblema c í ico: se pe día pa e del po encial del apo debido a la epe ida condensación del mismo den o
del cilind o [19].
En 1765, Wa concibió la idea de un condensado sepa ado [19], que se con e i ía en su inno ación más
amosa y ans o mado a. Es a modi icación esencialmen e sepa aba el p oceso de gene ación de apo y su
condensación en dos componen es dis in os:
1. Cilind o de apo : Donde el apo mo ía el pis ón.
2. Condensado : Una cáma a sepa ada donde el apo se condensaba sin en ia el cilind o p incipal.
Es e diseño pe mi ió que el cilind o de apo pe manecie a a una empe a u a cons an e, mejo ando
signi ica i amen e la e iciencia del mo o y educiendo el consumo de combus ible.
La máquina de apo
8
Figu a 5. Máquina de apo de James Wa [20]
Wa , jun o con su socio Ma hew Boul on, undó la emp esa Boul on & Wa en 1775 pa a come cializa sus
mo o es de apo mejo ados [18]. A lo la go de las siguien es décadas, Wa in odujo a ias mejo as
adicionales que op imiza on aún más la e iciencia y uncionalidad de sus mo o es:
• Mo imien o o a i o: En 1781, Wa desa olló un mecanismo pa a con e i el mo imien o
al e na i o del pis ón en un mo imien o o a o io, que denominó “Eng anaje Sol y plane a” [19], lo
que pe mi ió el uso del mo o de apo en una amplia a iedad de aplicaciones indus iales, más allá
del simple bombeo de agua.
• Regulado de elocidad cen í ugo: Es e disposi i o pe mi ía con ola au omá icamen e la elocidad
del mo o , p opo cionando una ope ación más es able y iable. Empleó uno de los que se u ilizaban
pa a con ola au omá icamen e la elocidad de los molinos de ien o [19].
• Indicado de Wa : Pe mi ía a los ope ado es moni o ea y ajus a la p esión del apo den o del
cilind o en unción de la posición del pis ón [19], mejo ando la segu idad y la e iciencia del mo o .
Las mejo as de James Wa no solo hicie on que los mo o es de apo ue an más e icien es y económicos,
sino que ambién amplia on signi ica i amen e su aplicabilidad indus ial. Sus mo o es eemplaza on las
uedas hid áulicas y los caballos de i o como p incipales uen es de ene gía [19], con i iéndose en la ue za
impulso a de ás de áb icas, molinos y sis emas de anspo e, incluyendo ba cos y enes, lo que acili ó el
c ecimien o económico y la expansión de la Re olución Indus ial.
Wa ambién in odujo el concep o de "caballo de ue za" (ho sepowe ) como una unidad de medida pa a
compa a la po encia de sus mo o es con la de los caballos [21], una e e encia común en la época.
2.2.5 Geo ge S ephenson y el desa ollo de la Locomo o a de Vapo
Geo ge S ephenson, conocido como el "Pad e de los e oca iles", ue un ingenie o ci il e in en o b i ánico
que con ibuyó al desa ollo de la locomo o a de apo y las p ime as líneas e o ia ias come ciales [22]. Su
abajo no solo e olucionó el anspo e e es e, sino que ambién u o un impac o p o undo en la economía
y la sociedad del siglo XIX.
A p incipios del siglo XIX, el anspo e e es e en Ingla e a y en o as pa es del mundo indus ializado
dependía p incipalmen e de caballos y caminos p eca ios. La locomo o a de apo eme gió como una solución
p ome edo a g acias a los a ances en la ecnología de apo , especialmen e los desa ollos ealizados po
9
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
pione os como James Wa .
Geo ge S ephenson nació en 1781 en Wylam, No humbe land, Ingla e a. A pesa de sus humildes o ígenes y
al a de educación o mal, S ephenson mos ó una g an ap i ud pa a la mecánica. T abajó como ingenie o de
minas y se amilia izó con las p ime as máquinas de apo u ilizadas pa a bombea agua de las minas [23].
En 1814, S ephenson cons uyó su p ime a locomo o a, llamada Blüche , que podía anspo a 30 oneladas
de ca bón a una elocidad de 6,4 kilóme os po ho a en las minas de Killingwo h [24]. Aunque udimen a ia,
es a locomo o a demos ó la iabilidad del anspo e e o ia io con máquinas de apo .
2.2.5.1 La Locomo o a Rocke y la línea de S ock on y Da ling on
El e dade o a ance de S ephenson ino con su diseño de la locomo o a Rocke , la cual ue c eada pa a
compe i en las p uebas de Rainhill, o ganizadas pa a selecciona la mejo locomo o a pa a la nue a línea
e o ia ia Li e pool y Manches e . La condiciones de la compe ición indicaban que debía a as a el iple de
su peso a una elocidad de 10 millas inglesas po ho a y sin p oduci humo, y salió encedo a al emolca el
quín uple de su peso a la elocidad de 14 has a 20 millas po ho a [25].
Las especi icaciones de la Rocke incluye on a ias inno aciones cla e [26] :
1. Calde a ubula : Mejo aba la ans e encia de calo y la p oducción de apo , aumen ando la e iciencia del
mo o .
2. Cilind os ce canos a la ho izon al: E i ando el mo imien o oscilan e i egula a medida que se a anzaba,
ca ac e ís ico de los alineados e icalmen e.
3. Ti o de escape de apo : Consis ía en p opo cina apo de escape en la base de la chimenea, lo que
pe mi ía induci un acío pa cial y ex ae ai e a a és del uego.
Figu a 6. Locomo o a Rocke de Geo ge S ephenson [26]
2.2.5.2 La línea de Li e pool y Manches e
En 1825, S ephenson ue nomb ado ingenie o p incipal del p oyec o pa a cons ui la línea e o ia ia de
S ock on y Da ling on, la p ime a línea e o ia ia pública en el mundo en u iliza locomo o as de apo . Sin
emba go, su log o más signi ica i o ue la línea Li e pool y Manches e , inaugu ada en 1830 [27]. Es a ue la
p ime a línea e o ia ia en o ece un se icio egula , p og amado y con iable pa a el anspo e de pasaje os
y me cancías. La cons ucción de es a línea in oluc ó nume osos desa íos de ingenie ía, incluidos puen es,

La máquina de apo
10
úneles y iaduc os, odos los cuales ue on supe ados bajo la di ección de S ephenson [27].
En el ámbi o del anspo e e es e, la llegada de los enes a ec ó no ablemen e a los ope ado es de
diligencias y ca uajes de co eo, a las posadas ubicadas en las u as, a las ca e e as y a quienes c iaban y
cuidaban caballos. Un ejemplo cla o de es e decli e es que, an es del e oca il, había 29 diligencias que
iajaban dia iamen e en e Manches e y Li e pool, pe o después de la in oducción de los enes, solo
queda on dos en uncionamien o pa a ese ayec o [28].
También jugó un papel c ucial en la es anda ización del ancho de ía, adop ando un ancho de 4 pies 8 1/2
pulgadas (1435 mm), conocido como "ancho de ía es ánda " [27], que sigue siendo el es ánda in e nacional
hoy en día.
El abajo de S ephenson sen ó las bases pa a la expansión global de los e oca iles. Sus diseños e
inno aciones ue on adop ados y mejo ados po ingenie os en odo el mundo, lle ando al desa ollo de edes
e o ia ias en o os luga es, como Eu opa [27].
2.2.6 Expansión global de las locomo o as de apo
La in ención y pe eccionamien o de las locomo o as de apo ans o ma on adicalmen e el anspo e en el
siglo XIX y p incipios del XX, acili ando una expansión global. La capacidad de anspo a g andes
olúmenes de me cancías y pe sonas a la gas dis ancias de mane a ápida y e icien e u o un impac o
p o undo en el come cio, la comunicación y la indus ialización en odo el mundo.
Después de los éxi os iniciales de Geo ge S ephenson y la ape u a de la línea Li e pool y Manches e en
1830, la ecnología de las locomo o as de apo se di undió ápidamen e po Eu opa . Po ejemplo, en 1835 en
Bélgica, se cons uyó una línea e o ia ía pa a uni B uselas y Malinas, siendo la p ime a de Eu opa
con inen al [28], acili ando el anspo e de ma e ias p imas, p oduc os manu ac u ados y pasaje os, lo que
u o un impac o p o undo en el come cio y la indus ia:
- Una e olución en el anspo e de p oduc os: Desde que en 1825 comenzó a unciona el p ime en
a apo pa a el público, el anspo e de me cancías cambió po comple o. Los enes o ecían una
mane a ápida y ba a a de mo e g andes can idades de p oduc os de mane a e es e, lo que bajó
mucho los cos os y aco ó el iempo de en ega. Es o pe mi ió dis ibui p oduc os como el ca bón, el
ace o y la comida a una escala nunca is a. Además, ayudó a conec a áb icas con me cados lejanos,
lo que impulsó la p oducción y acili ó el come cio en e di e en es países [29].
- Desa ollo de nue as indus ias: La cons ucción y ope ación de e oca iles gene a on nue as
indus ias, como la p oducción de ace o y maquina ia, así como la c eación de empleo en la
cons ucción, man enimien o de in aes uc u as e o ia ias, maquinis as, conduc o es, je es de
es ación y cob ado es de bille es; ambién se equi ió pe sonal en las es aciones, como po e os,
enca gados de limpieza y empleados pa a a ende las salas de e escos [28].
- Uniendo los me cados: Los e oca iles ambién ayuda on a uni los me cados an o den o de un
mismo país como a ni el in e nacional. Con los enes, las emp esas podían coo dina mejo la
p oducción y el consumo, lo que es abilizó p ecios y ga an izó que las egiones es u ie an
abas ecidas. Es a conexión hizo que la economía ue a más sólida y lexible, capaz de esponde a las
necesidades de di e en es luga es en odo el mundo [29].
- A ances en logís ica: El e oca il dio luga a muchas de las ideas que hoy o man pa e de la
logís ica mode na. La necesidad de plani ica los ho a ios de los enes y de anspo a ca gas de
o ma e icien e ue lo que impulsó los p ime os sis emas pa a o ganiza el anspo e [29].
- Impac o en la sociedad y la cul u a: Más allá de la economía y la logís ica, los enes ambién
causa on un g an cambio social y cul u al. Hicie on que iaja ue a más accesible pa a mucha gen e,
lo que acili ó la mezcla de cul u as y la di usión de ideas. Además, los enes se con i ie on en un
símbolo de p og eso y a en u a en la li e a u a y el a e, apa eciendo en nume osas ob as que e lejan
su impo ancia en la ida de las pe sonas [29].
11
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
2.2.7 Decli e y legado de las locomo o as de apo
2.2.7.1 T ansición a Mo o es de Combus ion In e na
A pesa de que a inales del siglo XIX, el ingenie o alemán Nikolaus O o, desa olló del mo o de explosión a
gasolina, no ue has a p incipios del siglo XX cuando las locomo o as de apo , que habían sido la columna
e eb al del anspo e e o ia io du an e más de un siglo, comenza on a se g adualmen e eemplazadas po
ecnologías más a anzadas y e icien es, como son los mo o es diésel, desa ollados po igu as como Rudol
Diesel [30].
Mo o es Diésel
O ecían a ias en ajas signi ica i as sob e las locomo o as de apo :
- E iciencia de combus ible: Los mo o es diésel e an mucho más e icien es en é minos de consumo de
combus ible. Mien as que las locomo o as de apo necesi aban g andes can idades de ca bón y agua,
los mo o es diésel podían ope a con mucho menos combus ible.
- Man enimien o educido: Las locomo o as diésel eque ían menos man enimien o compa ado con las
de apo . Las complejas calde as de las locomo o as de apo necesi aban cons an es inspecciones y
epa aciones, mien as que los mo o es diésel e an más áciles y económicos de man ene .
- Ope ación simpli icada: Con mo o es diésel, se eliminaba la necesidad de maneja el uego y
con ola la p oducción de apo , simpli icando la ope ación del en.
Pa alelamen e, los enes eléc icos comenza on a eme ge como una al e na i a iable
Mo o es Eléc icos
La elec i icación de las líneas e o ia ias o ecía aún más en ajas:
- Po encia y elocidad: Las locomo o as eléc icas podían p opo ciona una mayo po encia y elocidad
cons an e, especialmen e ú il en líneas de al a demanda y u as de la go eco ido.
- E iciencia ene gé ica: La elec icidad pe mi ía una ans e encia de ene gía más e icien e y limpia,
especialmen e en egiones donde la elec icidad podía gene a se de uen es eno ables.
- Meno impac o ambien al: A di e encia de las locomo o as de apo que emi ían g andes can idades
de humo y hollín, las locomo o as eléc icas no p oducían emisiones di ec as, con ibuyendo a la
educción de la con aminación ambien al.
- Ope ación silenciosa: Las locomo o as eléc icas son signi ica i amen e más silenciosas [31].
Hacia la segunda mi ad del siglo XX, la mayo ía de los sis emas e o ia ios en el mundo habían adop ado
es as nue as ecnologías, elegando las locomo o as de apo a un uso muy limi ado.
A pesa de su decli e en el uso come cial, las locomo o as de apo no han desapa ecido del odo. Su legado
pe du a a a és de es ue zos dedicados a su p ese ación y el in e és nos álgico que e ocan.
La máquina de apo
12
2.3 La Locomo o a Ke -S ua B azil Class 0-4-2ST
Pa a es e p oyec o, se ha seleccionado el modelo de locomo o a Ke -S ua B azil Class 0-4-2ST. Es e
modelo es ep esen a i o de la ingenie ía y el diseño de locomo o as indus iales a p incipios del siglo XX, y
su elección pe mi e una explo ación de allada de las ca ac e ís icas écnicas y ope a i as de las máquinas de
apo .
2.3.1 His o ia de la Ke -S ua B azil Class 0-4-2ST
Ke , S ua and Company ue una i ma b i ánica de ab icación de locomo o as undada en 1881 y ubicada
en S oke-on-T en , Ingla e a [32]. La compañía se especializó en la p oducción de locomo o as indus iales y
de ía es echa, que e an ampliamen e u ilizadas en minas, can e as y plan aciones.
La B azil Class ue una de las se ies de locomo o as más exi osas p oducidas po Ke -S ua . Diseñada pa a
abajos lige os y medianos, es a clase se ca ac e izaba po ene un solo bogie ase o que pe mi ía si ua una
caja de uego de g an amaño de ás de las uedas mo ices [32]. También des aca po su con igu ación de
uedas 0-4-2. Es a codi icación indica que es una locomo o a sin uedas delan e as, con cua o uedas mo ices
accionadas po dos ejes y con dos uedas en el bogie ase o en un eje [33].
Po o o lado, la codi icación con iene una se ie de le as as los núme os, indicando que es una locomo o a de
anque [33]. Las le as o su ijos, empleados son:
• ST, pa a locomo o as con anque ipo silla.
• T, pa a locomo o as de anque la e al.
• WT, pa a locomo o as de anque de pozo.
• RT, pa a locomo o as de anque equipada con bas ido .
Figu a 7. Ke -S ua B azil Class 0-4-2ST [32]
Los mo i os que han lle ado a escoge es e modelo pa a la ealización de es e TFM han sido:
1. Rep esen a i idad his ó ica: Es e modelo encapsula las ca ac e ís icas de las locomo o as indus iales
del pe íodo, o eciendo una excelen e opo unidad pa a es udia la ingenie ía y el diseño de la época.
2. Disponibilidad de da os: La disponibilidad de los planos de allados [1] en in e ne , p opo ciona una
base sólida pa a el modelado p eciso y la simulación i ual de la locomo o a, lo que acili a en g an
medida el p oceso de in es igación y análisis.
13
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
2.3.2 Especi icaciones Técnicas
▪ Con igu ación de uedas: 0-4-2ST [32], lo que le daba una buena acción y es abilidad en ías
indus iales de calidad a iable.
▪ Peso en se icio: 10,6 oneladas acía y 13,6 oneladas en uncionamien o [32].
▪ Diáme o de las uedas mo ices: 32 pulgadas [1].
▪ Capacidad del anque de agua: 1900 li os, ap oximadamen e.
▪ P esión de la calde a: 11 ba es, ap oximadamen e, lo que pe mi ía una buena e iciencia en la
gene ación de apo .
▪ Fue za de acción: Adap ada pa a a eas indus iales, o eciendo una ue za de acción conside able
pa a su amaño.
2.3.3 Aplicaciones y Uso
Las locomo o as de la clase B azil ue on u ilizadas p incipalmen e en con ex os indus iales, como:
- Minas y can e as: T anspo ando mine al y ma e iales den o y ue a de las minas.
- Plan aciones: Mo ilizando caña de azúca , abaco y o os p oduc os ag ícolas en plan aciones g andes.
- Fe oca iles indus iales y po ua ios: Facili ando la ca ga y desca ga de me cancías en pue os y
áb icas.
Es as locomo o as e an ap eciadas po su obus ez, acilidad de man enimien o y capacidad pa a ope a en las
di íciles condiciones de las ías indus iales. Su diseño compac o y e icien e las hacía ideales pa a maniob as
en espacios educidos y pa a el anspo e de ca gas ela i amen e pesadas en dis ancias co as.
2.3.4 Pa es p incipales
En es e apa ado, se desc ibe de mane a esumida los di e en es elemen os que la componen:
Chasis y uedas
El chasis de ace o cons i uye la base es uc u al de la locomo o a y sopo a odos los componen es c í icos.
Albe ga las cua o uedas mo ices que p opo cionan acción, jun o con un bogie ase o que con iene dos
uedas adicionales, mejo ando la es abilidad en las cu as [34]. También incluye un depósi o que puede
u iliza se pa a dis in os combus ibles, y es con enedo es cilínd icos pa a el ma e ial in lamable, que
alimen an la calde a [35]. Además, en la pa e delan e a, el chasis con ine un sis ema de lub icación, el cual
asegu a un uncionamien o sua e de los cilind os y pis ones median e la adición de acei e en los mismos
du an e la ma cha [36].
Sis ema de apo
El co azón del sis ema de p opulsión son los dos cilind os, que cuen an con sus espec i as ál ulas
deslizan es y un sis ema de bielas y mani elas [35]. Es os componen es son esponsables de ans o ma la
ene gía del apo en mo imien o mecánico, impulsando las uedas mo ices de la locomo o a. Además, la
locomo o a es á equipada con un sis ema de in e sión de ma cha, lo que pe mi e al maquinis a cambia la
di ección del desplazamien o y ajus a de mane a p ecisa la elocidad.
Componen es supe io es
En la pa e on al de la locomo o a se encuen a una cáma a de humos que ecoge los gases de escape y los
So wa es
20
3.1.2 Aplicaciones especí icas en el p oyec o
Du an e el desa ollo del TFM, CATIA V5 se u iliza á pa a a ias a eas especí icas que des acan sus
capacidades:
- Modelado de allado de la locomo o a: C eación de un modelo 3D p eciso de la Ke -S ua B azil
Class 0-4-2ST, incluyendo odos sus componen es p incipales.
- Animaciones de uncionamien o: C eación de animaciones que demues en el uncionamien o in e no
de la locomo o a, u ilizadas pa a ines educa i os y de di ulgación.
- Rende izado y isualización: C eación de imágenes o o ealis as y ídeos pa a p esen ación y
di ulgación.
3.1.3 Módulos empleados
3.1.3.1 Mechanical Design
El módulo Mechanical Design se usa pa a c ea y desa olla piezas y ensamblajes mecánicos en 3D.
P opo ciona he amien as pa a diseña , modi ica y analiza componen es, ayudando a los ingenie os a
asegu a que sus diseños sean p ecisos y e icien es desde la idea inicial has a la p oducción inal.
Pa Design
En CATIA V5, el módulo Pa Design se u iliza pa a c ea modelos 3D de piezas indi iduales. Las p incipales
opciones y sus unciones son:
▪ Ske che : Pe mi e dibuja pe iles en 2D que si en como base pa a c ea o mas 3D.
▪ Pad: Ex uye un pe il 2D a lo la go de una di ección pa a c ea un sólido.
▪ Sha : Pe mi e c ea sólidos po e olución.
▪ Pocke : Remue e ma e ial linealmen e de un sólido siguiendo el pe il 2D seleccionado.
▪ G oo e: Remue e ma e ial ci cula men e de un sólido siguiendo el pe il 2D seleccionado.
▪ Hole: C ea aguje os en una pieza, con opciones pa a di e en es ipos de aguje os y sus pa áme os.
▪ Fille : Redondea las a is as de una pieza pa a sua iza las ansiciones.
▪ Cham e : Bisela a is as de una pieza pa a c ea bo des angulados.
▪ T ansla e: Desplaza obje os geomé icos o cue pos en el espacio según una di ección y dis ancia
especi icadas.
Es as he amien as pe mi en a los diseñado es cons ui y e ina componen es de allados, asegu ando
p ecisión y uncionalidad en los diseños inales.
Assembly Design
El sub-módulo Assembly Design pe mi e el diseño de ensamblajes y uniones de di e en es piezas indi iduales
pa a o ma conjun os, subconjun os o mecanismos. Los di e en es componen es de un conjun o se ensamblan
median e la aplicación de es icciones pa amé icas. Las he amien as más ecuen emen e u ilizadas del
módulo Assembly Design se lis an a con inuación, jun o a una b e e desc ipción de cada una de ellas.
▪ Exis ing Componen : Pe mi e in oduci una nue a pieza, p e iamen e c eada, en el conjun o.
▪ Manipula ion: Pe mi e mo e uno o a ios elemen os en el espacio idimensional.
▪ Coincidence Cons ain : In oduce una es icción de coincidencia de ejes.

21
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
▪ Con ac Cons ain : In oduce una es icción de con ac o en e dos supe icies.
▪ O se Cons ain : In oduce una es icción de sepa ación en e supe icies, ejes o líneas.
▪ Angle Cons ain : In oduce una es icción de ángulo en e supe icies, ejes o líneas.
▪ Fix Componen : Fija la ubicación de uno o a ios elemen os en el espacio idimensional.
3.1.3.2 Digi al Mockup
El módulo Digi al Mockup pe mi e la ca ac e ización de un modelo idimensional du an e odo su ciclo de
ida, pe mi iendo el diseño y con igu ación de p oduc os complejos sin necesidad de cons ui modelos
ísicos.
DMU Kinema ics
El sub-módulo DMU Kinema ics es á dedicado a la simulación de mo imien os en un ensamblaje. Así,
pe mi e ca ac e iza cinemá icamen e un conjun o o mado po a ias piezas in e ac uando en e sí, pudiendo
así simula el compo amien o mecánico y dinámico de un diseño. Sus he amien as p incipales se desc iben a
con inuación:
▪ Re olu e Join : Pe mi e el gi o en e dos piezas.
▪ P isma ic Join : Pe mi e el mo imien o ec ilíneo en e dos piezas, ac uando una de ellas como guía o
ca il.
▪ Rigid Join : Pe mi e uni dos piezas en e sí, de o ma que ambas se mue an como un conjun o.
▪ Cylind ical Join : Pe mi e la o ación y/o aslación en e dos piezas, al ededo de un eje.
▪ Simula ion: Pe mi e simula el mecanismo de es udio den o de los angos de inidos pa a los g ados
de libe ad del mismo.
▪ Compile Simula ion: Pe mi e compila y almacena la simulación del mecanismo de es udio, bien pa a
su ep oducción den o del módulo o pa a su expo ación como a chi o de ídeo.
▪ Simula ion Playe : Pe mi e ep oduci , den o del módulo DMU Kinema ics, una simulación
p e iamen e c eada y compilada.
3.2 O as opciones CAD
Además de CATIA V5, el so wa e CAD u ilizado en la indus ia o ece una a iedad de opciones que se
adap an a di e en es necesidades y p esupues os. A con inuación se mencionan algunas de las al e na i as más
conocidas:
1. Au oCAD: Au oCAD, desa ollado po Au odesk, es un so wa e in e nacionalmen e econocido po
su amplia gama de he amien as de edición, que pe mi en c ea planos digi ales de allados de
edi icaciones y maquina ias, así como modelos idimensionales a pa i de dibujos en 3D [53]. Es e
p og ama o ece una in e az in ui i a jun o con he amien as a anzadas pa a el diseño.
Figu a 9. Logo del so wa e Au oCAD [53]
2. SolidWo ks: Desa ollado ac ualmen e po SolidWo ks Co p., una ilial de Dassaul Sys èmes, es e
So wa es
22
so wa e es conocido po su acilidad pa a modela an o piezas indi iduales como ensamblajes,
pe mi iendo además la gene ación de planos écnicos y o os da os esenciales pa a el p oceso de
ab icación [54].
Figu a 10. Logo del so wa e SolidWo ks [55]
3. In en o : O a solución de Au odesk, es un so wa e de diseño asis ido po compu ado a que se
especializa en el modelado mecánico en 3D. Pe mi e a los usua ios ealiza simulaciones,
isualizaciones y gene a documen ación écnica de mane a e icien e [56].
Figu a 11. Logo del so wa e In en o [57]
4. C eo Pa ame ic: O ece odas las en ajas espe adas de un so wa e de modelado 3D de un líde en
la indus ia, además de ca ac e ís icas inno ado as como ab icación adi i a, Model-Based De ini ion
(MBD), diseño gene a i o, ealidad aumen ada, y diseño in eligen e y conec ado. Su in e az de
usua io es in ui i a y sus lujos de abajo es án op imizados, lo que en iquece la expe iencia del
usua io y mejo a la e iciencia en el p oceso de diseño [58].
Figu a 12. Logo del so wa e C eo Pa ame ic [59]
5. Solid Edge: Desa ollado y p opiedad de SIEMENS, es un so wa e de diseño asis ido po
compu ado a (CAD) que pe mi e el modelado pa amé ico de piezas en 3D. Es e p og ama acili a la
c eación de modelos a pa i de di e sos ma e iales, así como el doblado de chapas, ensamblajes de
conjun os y unciones de soldadu a. También o ece he amien as de dibujo en plano, di igido a
ingenie os, diseñado es y p oyec is as [60].
Figu a 13. Logo del so wa e Solid Edge [61]
23
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
Es as he amien as CAD son u ilizadas en una a iedad de indus ias pa a acili a el diseño, análisis y
ab icación de p oduc os. Cada una o ece ca ac e ís icas únicas que las hacen adecuadas pa a di e en es ipos
de p oyec os y equisi os especí icos de la indus ia. La elección del so wa e CAD adecuado depende de
ac o es como el ipo de diseño, la complejidad del p oyec o, las necesidades de colabo ación y la in eg ación
con o os sis emas de la emp esa.
3.3 ¿Qué es ANSYS?
ANSYS es un so wa e líde en simulación CAE mul i ísico pa a análisis y simulación po elemen os ini os
(FEA). Pe mi e aba ca las ases de p e-p oceso, esolución y pos -p oceso en un único en o no de abajo.
Es e so wa e se u iliza pa a ealiza análisis de componen es o conjun os en ingenie ía y diseño mecánico,
e aluando su compo amien o bajo di e en es enómenos ísicos, ya sea de mane a indi idual o simul ánea.
Ansys pe mi e simula una a iedad de condiciones, lo que acili a la op imización del diseño y la e i icación
de la in eg idad de los ma e iales en di e sas aplicaciones [62].
En e las ca ac e ís icas p incipales de ANSYS se encuen an:
1. Análisis mul iphysics: In eg a las p opiedades mecánicas, é micas, eléc icas y luido-mecánicas en
una única in e az, lo que pe mi e a los usua ios ealiza p oyec os comple os que aba can desde el
diseño inicial has a la simulación inal [63].
2. Amplia biblio eca de elemen os: P opo ciona una amplia gama de elemen os ini os y olúmenes
ini os pa a modela geome ías complejas y a iadas condiciones de ca ga y on e a.
3. In e az g á ica in ui i a: Cuen a con una in e az g á ica in ui i a que acili a la c eación de modelos,
la con igu ación de simulaciones y la isualización de esul ados.
4. He amien as de pos -p ocesamien o a anzadas: Pe mi e analiza y isualiza los esul ados de las
simulaciones de mane a de allada, incluyendo g á icos, animaciones y ablas de da os.
En esumen, ANSYS es una he amien a pode osa y e sá il que pe mi e a los ingenie os y cien í icos ealiza
simulaciones i uales p ecisas y de alladas de una amplia a iedad de sis emas y enómenos ísicos, lo que
con ibuye signi ica i amen e al diseño, la op imización y la comp ensión de sis emas ingenie iles en di e sos
campos de aplicación.
3.3.1 Razones pa a elegi ANSYS
ANSYS es una opción des acada pa a ealiza es udios é micos debido a sus capacidades a anzadas y
e sa ilidad en la simulación. Algunas de las azones pa a escoge la son:
1. P ecisión y iabilidad: U iliza mé odos de elemen os ini os (FEM) al amen e a anzados pa a
p opo ciona esul ados p ecisos y con iables en es udios é micos.
2. Amplia gama de ma e iales y condiciones: El so wa e incluye una ex ensa biblio eca de p opiedades
de ma e iales y pe mi e de ini condiciones de on e a y ca gas é micas complejas.
3. In e az in ui i a: O ece una in e az de usua io in ui i a y he amien as de isualización a anzadas,
acili ando la con igu ación de modelos y la in e p e ación de esul ados.
4. Sopo e y comunidad: Cuen a con una sólida ed de sopo e y una comunidad global de usua ios, lo
que acili a el acceso a ecu sos y soluciones a p oblemas especí icos.
3.3.2 O as opciones CFD
Además de ANSYS, el so wa e CFD u ilizado en la indus ia o ece una a iedad de opciones que se adap an
a di e en es necesidades y p esupues os. A con inuación se mencionan algunas de las al e na i as más
conocidas:
So wa es
24
1. OpenFOAM: Es un so wa e de código abie o diseñado pa a analiza el compo amien o de los
luidos. Es e p og ama iene di e sas aplicaciones pa a abo da p oblemas elacionados con la
dinámica de luidos, incluyendo eacciones químicas, u bulencias, ans e encia de calo y
elec omagne ismo. Es una he amien a pa a esol e ecuaciones di e enciales pa ciales, en luga de
se únicamen e un paque e de CFD en el sen ido adicional [64].
Figu a 14. Logo del so wa e OpenFOAM [65]
2. COMSOL Mul iphysics: An e io men e conocido como FEMLAB, es un so wa e de análisis que
u iliza el mé odo de elemen os ini os pa a esol e una a iedad de p oblemas ísicos y de ingenie ía,
especialmen e aquellos que in oluc an enómenos acoplados. O ece una in e az obus a con
MATLAB y sus oolboxes, lo que pe mi e una p og amación lexible y un manejo e icien e de da os.
Pe mi e la en ada de sis emas de ecuaciones en de i adas pa ciales, pudiendo hace se de o ma
di ec a o a a és de la o mulación débil [66].
Figu a 15. Logo del so wa e COMSOL Mul iphysics [67]
3. STAR-CCM+: Es un so wa e de simulación come cial desa ollado po CD-adapco y Siemens
Digi al Indus ies So wa e, cen ado en la dinámica de luidos compu acional (CFD). Pe mi e
modela y analiza di e sos p oblemas de ingenie ía elacionados con el lujo de luidos, la
ans e encia de calo , el es és, el lujo de pa ículas y el elec omagne ismo, en e o os enómenos
[68].
Figu a 16. Logo del so wa e STAR-CCM+ [69]
4. Au odesk CFD: Es una he amien a de dinámica de luidos compu acional diseñada pa a simula el
compo amien o de luidos en di e sos escena ios. En es e con ex o, el so wa e pe mi e a los usua ios
modela y analiza lujos de luidos complejos y enómenos é micos asociados, ales como la
conducción, con ección y adiación [70]. Es a capacidad de simulación CFD es ú il en aplicaciones
que equie en un análisis de allado de los mo imien os y las in e acciones de los luidos, como en los
es udios de ae odinámica, en ilación y sis emas de e ige ación.
25
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
Figu a 17. Logo del so wa e Au odesk CFD [71]
Es e ipo de so wa e pe mi e op imiza el diseño de p oduc os y componen es pa a mejo a el endimien o
ae odinámico, la e iciencia é mica, y la e icacia de los sis emas de lujo de luidos como u binas,
au omó iles, a iones, y disposi i os médicos.
3.4 Conclusiones
La elección de CATIA V5 se jus i ica po sus capacidades a anzadas de modelado, análisis y simulación, así
como po sus he amien as de documen ación y p esen ación. Es as ca ac e ís icas la hacen una he amien a
indispensable pa a el es udio de allado y la p ese ación del conocimien o écnico de las máquinas de apo
his ó icas, p opo cionando aliosas lecciones y aplicaciones pa a el diseño mode no de sis emas mecánicos.
Po o o lado, la elección de ANSYS pa a el es udio é mico se jus i ica po sus capacidades a anzadas, su
epu ación en la indus ia y su iabilidad p obada. Al ap o echa sus he amien as y uncionalidades, se espe a
ob ene esul ados p ecisos y signi ica i os que con ibuyan al es udio y la comp ensión del compo amien o
é mico del sis ema de p ecalen amien o de la locomo o a.

So wa es
26
27
4 COMPONENTES Y MODELADO DE PIEZAS
n es e capí ulo, se abo da á el p oceso de allado de c eación de modelos idimensionales de los
componen es indi iduales de la locomo o a u ilizando el so wa e CATIA V5.
El obje i o de es e capí ulo es p opo ciona una isión comple a y sis emá ica del p oceso de
modelado, des acando los mé odos y écnicas u ilizados pa a log a una ep esen ación p ecisa y de allada de
las piezas.
La siguien e abla p esen a una lis a de allada de los subconjun os que con o man la locomo o a, indicando la
can idad eque ida de cada uno (Columna 1 - QTY), sus espec i os pa numbe s (Columna 2 – P.N.), el
nomb e (Columna 3 - NAME) y la can idad de piezas indi iduales que con o man cada subconjun o
(Columna 4 - PCS).
QTY
P.N.
NAME
PCS
QTY
P.N.
NAME
PCS
1
1-01
UNDER FRAME
26
1
3-12
REVERSING LEVER SPRING
1
4
1-02
WHEEL AXLE BEARING
1
1
3-13
REACH ROD
1
2
1-03
CYLINDER
7
1
4-01
BOILER SHELL
9
2
1-04
SLIDE VALVE SPINDLE GLAND NUT
1
1
4-02
BOILER FLUE PIPE-TYPE-1
1
2
1-05
CYLINDER FRONT COVER
1
2
4-03
BOILER FLUE PIPE-TYPE-2
1
2
1-06
CYLINDER REAR COVER
4
1
4-04
BOILER BUSH-TYPE-1
1
1
1-07
STEAM INLET TEE+PIPES
8
3
4-05
BOILER BUSH-TYPE-2
1
1
1-08
STEAM EXHAUST TEE+PIPES
9
1
4-06
STAY-BLOWER PIPE
4
2
1-09
CROSSHEAD GUIDE BAR
1
1
4-07
WATER-PRESSURE GAUGE TOP FITTING
5
2
1-10
CROSSHEAD GUIDE BAR BRACKET
1
1
4-08
WATER GAUGE BOTTON FITTING
2
1
1-11
LUBRICATOR
9
1
4-09
SAFETY VALVE
6
1
1-12
SUMP+BURNER
15
1
4-10
SAFETY VALVE DOME
1
2
1-13
TRUNNION BLOCK
2
1
4-11
WATER GAUGE
9
2
1-14
BUFFER
2
4
4-12
WATER GAUGE PIPE NUT
1
1
2-01
FRONT WHEEL SET
11
1
4-13
FIRE BOX
1
1
2-02
REAR WHEEL SET
11
1
4-14
DRY BACKHEAD
3
1
2-03
TRAILING WHEEL BOGIE
11
1
4-15
CLACK VALVE
3
1
2-04
TRAILNG WHEEL SET
5
1
4-16
REGULATOR VALVE
6
2
2-05
COUPLING ROD
5
1
4-17
BLOWER VALVE
6
2
2-06
PISTON+CROSSHEAD
4
1
4-18
BLOWER VALVE PIPING
2
2
2-07
CON- ROD
4
1
4-19
BACKHEAD FIRE DOOR
3
2
2-08
SLIDE VALVE
5
1
4-20
STEAM SUPPLY PIPE
1
1
2-09
EXPANSION LINK+SHAFT
10
1
4-21
STEAM SUPPLY MANIFOLD
3
2
2-10
DIE BLOCK
2
1
4-22
BLOWER EXTENTION PIPE
1
2
2-11
RADIUS BAR
2
1
4-23
PRESSURE GAUGE
5
2
2-12
SLIDE VALVE CON-ROD
2
1
5-01
SADDLE TANK SHELL
18
1
3-01
FRONT END FOOT PLATE
5
1
5-02
SADDLE TANK FILLER CAP
3
1
3-02
SMOKEBOX SHELL
10
1
5-03
SADDLE TANK BALANCING PIPE
3
1
3-03
SMOKEBOX DOOR
3
2
5-04
SADDLE TANK STOP NUT
1
1
3-04
SMOKE STACK
3
1
5-05
DRIVERS CAB SIDE FRAME
3
1
3-05
PETTICOAT PIPE
2
1
5-06
DRIVERS CAB BUNKER
1
1
3-06
REAR END FOOT PLATE
1
1
5-07
DRIVERS CAB FRONT PLATE
1
2
3-07
REAR STEP
1
1
5-08
DRIVERS CAB REAR FRAME
2
1
3-08
FUEL TANK
8
1
5-09
DRIVERS CAB ROOF
1
1
3-09
FUEL TANK CONTROL VALVE
5
1
BRAZIL-89mm
RAIL
2
1
3-10
REVERSING LEVER STAND
6
1
6-01
FOCUS
5
1
3-11
REVERSING LEVER
6
1
6-02
WHISTLE
8
Tabla 1. Subconjun os del modelo
Cabe des aca que, los dos úl imos subconjun os, ocus ( oco) y whis le (silba o), no ienen en los planos del
modelo [1]. Se han diseñado desde ce o pa a cumplimen a la locomo o a y ace ca el p o o ipo digi al a la
ealidad lo máximo posible. El diseño de los mismos, al y como se comen a á en el capí ulo del modelado, se
E
Componen es y modelado de piezas
28
ha lle ado a cabo median e la análisis de imágenes eales de la locomo o a de es udio, espe ando en odo
momen o los sis emas de ijación del modelo, es deci , no se ha eque ido modi ica ninguna pe o acion, ni
aumen a o disminui la can idad de las mismas.
En la siguien e abla, se mues a los ecuen os o ales. En la p ime a columna se encuen a el ecuen o de la
can idad de subconjun os que componen la locomo o a, y en la segunda el ecuen o de la can idad de piezas.
TOTAL QTY
TOTAL PCS
100
388
Tabla 2. Recuen os
Po o o lado, han sido necesa io elemen os de unión pa a ensambla los. Dichos elemen os ( o nillos, ue cas y
pines) se han escogido de la lib e ía de CATIA eniendo en cuen a las especi icaciones de cada pe o ación.
Sumando los sis emas de unión, la ci a asciende has a las 806 piezas.
A con inuación, cada subconjun o ca ac e ís ico encuen a su ep esen ación en un apa ado especí ico. Den o
de es os apa ados, se desglosan las piezas indi iduales que las con o man, des acando aquellas de mayo
ele ancia o complejidad en su diseño y unción, ya que la mayo ía de las piezas se ca ac e izan po su
ab icación simple y di ec a. Es e asgo es esul ado de la ingenie ía e icien e y uncional que de ine a es as
máquinas. La simplicidad en la ab icación se de i a del hecho de que muchas de es as piezas cumplen
unciones esenciales, pe o ela i amen e básicas den o de cada subconjun o de la máquina.
Además, la na u aleza his ó ica de las máquinas de apo , que eme gie on en una época en la que la
ab icación indus ial aún es aba en desa ollo, in luyó en la concepción y diseño de es as piezas. Los
ma e iales disponibles y las écnicas de ab icación de la época eque ían soluciones simples y ácilmen e
eplicables.
Es impo an e des aca que, es e en oque selec i o se ha implemen ado pa a e i a ex ende el documen o de
mane a innecesa ia. Dado que el p oceso de modelado de piezas sigue un mé odo común y homogéneo en la
mayo ía de los casos, cen a nos en explica los p ocesos más impo an es o complejos nos pe mi e o ece una
comp ensión cla a y concisa del p oceso de ab icación de es as piezas.
4.1 BRAZIL-1-01-UNDER FRAME
El "unde ame" es el ma co in e io de la locomo o a de apo . Sos iene odo el peso de la locomo o a y
p opo ciona la base sob e la cual se mon an los demás componen es, como la calde a, los cilind os, el sis ema
de suspensión y las uedas mo ices.
Figu a 18. Esquema gene al de los componen es del Unde F ame [1]
29
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
1-01.1
Es a pieza se co esponde con las pa edes longi udinales de la es uc u a. La p incipal complejidad, que ha
sido el mo i o po el que se ha elegido pa a explica el p oceso de modelado, adica en la can idad de
pe o aciones que con iene. Además, es la p ime a pieza que el usua io se encuen a en la documen ación del
modelo. Po ello, a pesa de se un p oceso simple, la explicación del p oceso se i á pa a aquellas piezas con
ca ac e ís icas cons uc i as simila es.
El p oceso de modelado ha sido el siguien e:
1. Selecciona un plano del espacio idimensional y c ea un nue o Ske ch.
2. Dibuja con las he amien as disponibles el boce o de la misma, con ayuda del plano.
3. Ex ui el boce o con la he amien a “Pad”, según el g oso de la placa.
Se equie en dos piezas, una pa a cada lado de la es uc u a.
Figu a 19. P oceso de modelado de la pieza 1-01.1
1-01.2
En es e caso, la pieza se co esponde con la pa ed on al, aunque la ase a es p ác icamen e igual, cambiando
el núme o de pe o aciones. El p oceso de ab icación es exac amen e igual que en el caso an e io , pe o en
es e caso además se hace uso de la he amien a “Fille ”, pa a edondea cie as a is as.
Figu a 20. P oceso de modelado de la pieza 1-01.2
Componen es y modelado de piezas
36
pieza median e ci cun e encias.
4. Ex ae el ma e ial has a la dis ancia indicada en los planos con Pocke .
Figu a 32. P oceso de modelado de la slide al e spindle gland nu
El modelo de la máquina de apo emplea nume osas ue cas simila es, cambiando las dimensiones de las
mismas. El p oceso de modelación de odas ellas ha sido siemp e el comen ado en es e apa ado.
4.5 BRAZIL-1-05-CYLINDER FRONT COVER
La "cylinde on co e " es la cubie a on al del cilind o. Su unción p incipal es sella y p o ege la pa e
delan e a del cilind o, donde se encuen a el pis ón y donde se p oduce la acción de expansión del apo . Es a
cubie a es á diseñada pa a sopo a las al as empe a u as y p esiones, mien as p opo ciona acceso pa a el
man enimien o y la inspección del cilind o y el pis ón. Gene almen e, es á ab icada en ace o pa a ga an iza
su esis encia y du abilidad en condiciones de ope ación exigen es.
Figu a 33. Esquema de la cylinde on co e [1]
El p oceso de modelado ha sido el siguien e:
1. Sob e un plano, dibuja el boce o de una ci cun e encia que con iene o as 6, co espondiéndose es as
con las pe o aciones de la cubie a.
2. Ex ui el boce o con Pad indicando el g oso de la misma.
3. Sob e una de las ca as, añadi un boce o con una nue a ci cun e encia.
4. De nue o, ex ui el boce o a la medida necesa ia.
5. Con Fille , edondea el bo de ex e io de la cubie a.

37
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
Figu a 34. Cylinde on co e odelada en CATIA V5
4.6 BRAZIL-1-06-CYLINDER REAR COVER
La "cylinde ea co e " es la cubie a ase a del cilind o. Es a pieza iene la unción de sella y p o ege la
pa e pos e io del mismo, donde se encuen a el ex emo opues o al pis ón. Al igual que la cubie a on al, la
cubie a ase a es á diseñada pa a sopo a las al as empe a u as y p esiones del apo . Además, p opo ciona
acceso pa a el man enimien o y la inspección del cilind o. Po lo gene al, es á ab icada en hie o undido o
ace o pa a ga an iza su esis encia y du abilidad en condiciones de ope ación exigen es.
Figu a 35. Esquema de los componen es de la cylinde ea co e [1]
1-06.1
El p oceso de modelado es exac amen e igual que en el caso de la cylinde on co e , añadiendo además lo
expues o a con inuación:
1. En es e caso, se ealiza la pe o ación supe io con la he amien a Hole, añadiendo el a ellanado
co espondien e.
2. En la ca a on al de la pieza, ealiza un nue o boce o pa a añadi el salien e semici cula que se
puede obse a en la Figu a 36. Es e boce o se basa en un semici culo y un cuad ado unidos, po lo
que el diáme o del semici culo debe se igual a la longi ud del lado del cuad ado.
3. Ex ui con Pad es e úl imo boce o.
4. Añadi las pe o aciones necesa ias median e el p oceso basado en ealiza boce os de ci cun e encias
sob e las supe icies pe o adas y ex ae el ma e ial con Pocke .
Componen es y modelado de piezas
38
Figu a 36. P oceso de modelado de la pieza 1-06.1
Finalmen e, se mues a la cylinde ea co e modelada al comple o:
Figu a 37. Cylinde ea co e modelada en CATIA V5
4.7 BRAZIL-1-07-STEAM INLET TEE+PIPES
El conjun o "s eam inle ee + pipes" es pa e del sis ema de dis ibución de apo . Consis e en una conexión
en o ma de T ( ee) y los conduc os (pipes) que di igen el apo desde la calde a hacia los cilind os. Es a
con igu ación es c ucial pa a ans e i la ene gía del apo a los pis ones y gene a mo imien o en la
locomo o a. Po lo gene al, es as piezas es án ab icadas con ace o pa a esis i el calo y la p esión del apo ,
aunque pa a el modelo del p esen e p oyec o se usa la ón.
Figu a 38. Esquema de los componen es de la S eam inle ee + pipes [1]
39
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
1-07.1
Es a pieza es la ya nomb ada T ( ee). Si e pa a dis ibui el apo p oceden e de los conduc os de la calde a
hacia los cilind os y hacia el lub icado de la locomo o a.
El p oceso de modelado es el siguien e:
1. Realiza en un plano un ske ch el boce o de una co ona ci cula , lo que se i á pa a cons ui el cue po
base de la pieza.
2. Ex ui el boce o an e io con Pad.
3. En cada una de las ca as ci cula es de ubo gene ado, ealiza un boce o simila al p ime o pe o con
las medidas educidas pa a c ea la supe icie donde se si ua ían las oscas macho en el modelo eal.
4. Ex ui ambos boce os.
5. De mane a simila , c ea los ubos de en ada de apo y de salida en planos pe pendicula es al plano
escogido inicialmen e.
Figu a 39. Pieza 1-07.1 modelada
A con inuación, se mues a el s eam inle ee + pipes modelado al comple o:
Figu a 40. S eam inle ee + pipes modelado en CATIA V5
4.8 BRAZIL-1-08-STEAM EXHAUST TEE+PIPES
El conjun o "s eam exhaus ee + pipes" o ma pa e del sis ema de escape de apo en una locomo o a de
apo . Incluye una conexión en o ma de T ( ee) y conduc os (pipes) que pe mi en que el apo ya usado en
Componen es y modelado de piezas
40
los cilind os se expulse ue a de la locomo o a. Es as piezas son c uciales pa a un uncionamien o e icien e de
la locomo o a, ga an izando la libe ación con olada del apo usado. Po lo gene al, es án ab icadas con
ma e iales esis en es al calo y la co osión, po lo que en es e p oyec o se ha u ilizado la ón y b once, siendo
es e úl imo el ma e ial ca ac e ís ico de la mayo ía de las ube ías del modelo.
El p oceso de modelado es semejan e al del sis ema s eam inle ee + pipes.
Figu a 41. Esquema de los componen es de s eam exhaus ee + pipes [1]
A con inuación, se mues a dicho sis ema modelado:
Figu a 42. S eam exhaus ee + pipes modelado en CATIA V5
41
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
4.9 BRAZIL-1-09-CROSSHEAD GUIDE BAR
La "c osshead guide ba " es una ba a que guía el mo imien o del pis ón en una locomo o a de apo ,
con i iendo el mo imien o lineal en o a i o. Es á hecha de ace o o hie o undido y es c ucial pa a un
uncionamien o e icien e de la locomo o a.
Figu a 43. Esquema de la c osshead guide ba [1]
El p oceso de modelado es el siguien e:
1. Se de ine un boce o 2D, ep esen ando la sección ans e sal de la ba a. Pa a ello, se dibuja un
cuad ado aplicando es icciones dimensionales pa a ija las medidas exac as de la sección.
2. Con el boce o de la sección cuad ada lis o, se u iliza la he amien a Pad pa a ex ui el pe il a lo la go
de la longi ud de la ba a.
3. Pa a edondea los bo des de la ba a, se seleccionan los cua o bo des longi udinales de la ex usión y
se aplica la he amien a Fille .
4. A con inuación, se c ean los aguje os en los ex emos de la ba a. Pa a ello, se selecciona uno de los
planos longi udinales y se dibujan dos cí culos en el boce o, uno en cada ex emo, u ilizando la
he amien a Ci cle.
5. Después, con las posiciones de los cí culos de inidas, se usa la he amien a Pocke pa a pe o a los
aguje os a a és de la ba a. La p o undidad del co e se es ablece pa a a a esa comple amen e la
sección.
Figu a 44. C osshead guide ba modelado en CATIA V5
4.10 BRAZIL-1-10-CROSSHEAD GUIDE BAR BRACKET
El "c osshead guide ba b acke " es un sopo e que asegu a la c osshead guide ba al chasis de la locomo o a.
Es á hecho de ace o o hie o undido y es c ucial pa a ga an iza un mo imien o sua e y p eciso del pis ón.
El p oceso de modelado ha sido el siguien e:
1. Se comienza c eando un boce o que de ine la base de la placa, la cual iene o ma ec angula pe o con
un cua o de ci ucilo cen ado en una de sus esquinas.

Componen es y modelado de piezas
42
2. Después de comple a el boce o, se ealiza una ex usión de la placa pa a da le el espeso
co espondien e.
3. Pa a c ea las láminas pe pendicula es, se dibujan dos pe iles ec angula es en los planos la e ales.
Es os pe iles se ex uyen pa a o ma las láminas de ijación.
4. Se c ean pe o aciones en las láminas pe pendicula es dibujando cí culos en las posiciones indicadas
en los planos. Luego, se u iliza la he amien a Pocke pa a pe o a los aguje os que a a iesan las
láminas, pe mi iendo la ijación con o nillos o pe nos.
Figu a 45. Esquema [1] y modelado en CATIA V5 de la c osshead guide ba b acke
4.11 BRAZIL-1-11-LUBRICATOR
El "lub ica o " es un disposi i o en locomo o as de apo que suminis a lub ican e a pa es mó iles pa a
educi la icción y el desgas e, man eniendo así un uncionamien o sua e y e icien e. Funciona ap o echando
la p esión del apo , que lle a pequeñas can idades de lub ican e a las pa es mó iles a a és de ube ías y
ál ulas.
Figu a 46. Esquema del Lub ica o [1]
43
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
1-11.7
Es a pieza se co esponde con el conduc o que lle a el apo desde las ube ías de dis ibución has a el
lub icado . El p oceso de modelado es el siguien e:
1. Se inicia dibujando un boce o que ep esen a el pe il de la ube ía en o ma de "S". Es e boce o se
ealiza u ilizando la he amien a Line y A c pa a de ini la o ma cu a de la "S", aplicando
es icciones pa a asegu a que la o ma se ajus e a las dimensiones y ángulos necesa ios.
2. A con inuación, en un plano pe pendicula a la sección an e io , se dibuja la sección 2D de la ube ía
ci cula .
3. Con el pe il 2D de inido, se aplica la he amien a Rib seleccionando la sección y el pe il, gene ando
una o ma ubula a lo la go de la ayec o ia de inida po el pe il, c eando así la ube ía en o ma de
"S".
4. Pa a ga an iza el sellado de la unión en uno de los ex emos de la ube ía, se c ea un ebo de
adicional. Se comienza dibujando un boce o en el ex emo de la ube ía donde se desea el
ebo de. Es e boce o incluye un pe il de ebo de. Se u iliza la he amien a Sha pa a gi a el
pe il del ebo de al ededo del eje de la ube ía, o mando así el ebo de. Es e ebo de asegu a
una mejo unión y sellado en la conexión.
Figu a 47. P oceso de modelado de la pieza 1-11.7 en CATIA V5
Finalmen e, se mues a el suminis ado de lub ican e modelado al comple o y ensamblado:
Figu a 48. Lub ica o modelado en CATIA V5
Componen es y modelado de piezas
44
4.12 BRAZIL-1-12-SUMP+BURNER
El "sump + bu ne " es un conjun o u ilizado en locomo o as de apo pa a calen a agua y gene a apo . El
bu ne quema combus ible, como ca bón o acei e, pa a calen a el agua en el sump y p oduci apo . Es e
apo se u iliza luego pa a impulsa los cilind os y las uedas de la locomo o a.
Figu a 49. Esquema del sump + bu ne [1]
1-12.1
Consis e en es ecipien es ubula es dispues os e icalmen e, diseñados pa a con ene ma e ial in lamable. El
p oceso de modelado es semejan e a piezas is as an e io men e:
1. Sob e un plano, dibuja la o ma de la placa base. Es a se puede asemeja a un iángulo con los
é ices edondeados y una ci cun e encia en el cen o.
2. Seguidamen e se ex uye el boce o dándole el g oso co espondien e a la base.
3. Sob e la ca a supe io de la base, se ealiza el boce o de la base de los es depósi os ubula es según
las medidas indicadas en los planos.
4. De igual mane a, se ex uye dicho boce o has a la al u a indicada.
5. Finalmen e, se ealizan las pe o aciones pa a pode conec a los ubos po los que luye el acei e. Pa a
ello, se coloca un pun o de e e encia en e los dos depósi os sob e los que se quie e ealiza la
pe o ación y, usando es e pun o de e e encia, se c ea un plano angen e a la supe icie de ambos
depósi os con la he amien a Plane. A con inuación, se ealizan los boce os de las pe o aciones
co espondien es sob e dichos planos y pos e io men e se emplea la he amien a Pocke pa a ex ae
el ma e ial, ex endiendo dicha ex acción has a ambos depósi os.
Figu a 50. C eación de plano angen e pa a ealiza las pe o aciones sob e los depósi os
45
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
1-12.4
El Sump es un componen e ec angula que si e pa a almacena y dis ibui lub ican e en la locomo o a. Es á
compues o po una placa de sujeción con pe o aciones pa a su ijación al chasis, y el p opio depósi o hueco
cons uido sob e la placa.
El p oceso de modelado es el siguien e:
1. Se comienza dibujando un boce o en cualquie plano pa a la placa de sujeción. Es e boce o iene
o ma ec angula , con las dimensiones necesa ias pa a suje a lo al chasis.
2. En es e boce o, se añaden dos pe o aciones usando la he amien a Ci cle en las posiciones adecuadas
pa a la ijación.
3. Después de dibuja el pe il, se u iliza la he amien a Pad pa a ex ui la placa y da le el espeso
necesa io.
4. Sob e una de las ca as de la placa de sujeción, se dibuja el boce o que ep esen a el ondo del depósi o,
con un pe il ec angula cen ado en la placa. Es e pe il de ine las dimensiones ex e io es del
depósi o.
5. Se ex uye el pe il has a la anchu a del depósi o u ilizando la he amien a Pad pa a c ea un bloque
macizo sob e la placa de sujeción.
6. Pa a hace lo hueco, se dibuja un segundo boce o en la ca a on al del bloque. Es e boce o iene o ma
ec angula , pe o con dimensiones lige amen e meno es que las del pe il ex e io , de iniendo el
g oso de las pa edes del depósi o.
7. A con inuación, se u iliza la he amien a Pocke pa a ex ae el ma e ial in e no del bloque, c eando
así el espacio hueco del depósi o. La p o undidad de es a ope ación se ajus a pa a no pe o a el
ondo, dejando un g oso adecuado en las pa edes y el ondo del depósi o.
8. En las supe icies adecuadas del depósi o, se dibujan boce os adicionales pa a ag ega los aguje os
necesa ios. Es os son pa a la conexión de ube ías o acceso ios.
9. Se u iliza nue amen e la he amien a Pocke pa a ealiza las pe o aciones en las ubicaciones
co ec as, de iniendo la p o undidad eque ida pa a ello.
10. Finalmen e, se aplica la he amien a Fille pa a edondea los bo des ex e nos del depósi o. Es e paso
da un acabado más es é ico y uncional al depósi o.
Figu a 51. Poceso de modelado del sump en CATIA V5
Finalmen e, en la Figu a 52 se mues a el sump + bu ne modelado y ensamblado.
Componen es y modelado de piezas
52
Figu a 65. Esquema [1] y modelado del pis on + c osshead en CATIA V5
A con inuación, se desc ibe el p oceso seguido pa a modela las piezas más ca ac e ís icas del conjun o:
2-06.2
Es a pieza es el pis ón p opiamen e dicho. El p oceso de modelado ha sido el siguein e:
1. En el plano ZX, se dibuja media sección del pis ón, ep esen ando su pe il longi udinal. Es o incluye
an o las dimensiones ex e io es del pis ón como la anu a supe io y los de alles in e nos de los
aguje os. Se sigue el con o no mos ado en la imagen, con las dimensiones co espondien es.
2. Una ez comple ada la media sección, se u iliza la he amien a Sha pa a gene a el sólido po
e olución. El pe il se gi a al ededo del eje e ical que ep esen a el cen o del pis ón, c eando un
sólido cilínd ico comple o.
Figu a 66. Modelado de la pieza 2-06.2
2-06.4
En es e caso, se a a del c osshead. Es e asegu a la co ec a ansmisión de ue za y el buen uncionamien o
del sis ema de mo imien o de la locomo o a, guiando el ás ago del pis ón y p e iniendo desgas es o
desalineamien os.
Pa a modela lo, se han seguido los siguien e pasos:
1. Se comienza dibujando la sección on al de la pieza en cualquie plano. Pa a ello, se aza el pe il de
la pa e semici cula in e io y el ec ángulo supe io , al como se mues a en la p ime a imagen de la
Figu a 67.
2. Se u iliza la he amien a Pad pa a ex ui es e pe il, c eando el cue po p incipal de la pieza.
3. En la pa e supe io de la pieza, se dibujan dos ec ángulos, uno den o de o o, pa a c ea el que se á

53
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
el hueco ec angula .
4. De nue o, con la he amien a Pad, se ex uye dicho boce o pa a o ma en el cue po supe io .
5. Se dibuja un cí culo en la pa e supe io del ec ángulo y se u iliza la he amien a Pocke pa a pe o a
el aguje o cen al en la ca a supe io , como se obse a en la is a de allada.
6. En la ca a la e al de la pieza, se dibuja un cí culo pa a el cilind o (mango o sopo e unión a biela) y
con la he amien a Pad, se ex uye ese pe il pa a c ea el cilind o sólido que se p oyec a hacia a ue a
de la pieza.
7. Finalmen e, en la ca a is a del cilind o, se dibuja un cí culo que ep esen a el aguje o que a a iesa
es e componen e. U ilizando la he amien a Pocke , se pe o a el cilind o la e al, c eando el paso pa a
la “biela”.
Figu a 67. P oceso de modelado de la pieza 2-06.4
4.21 BRAZIL-2-07-CON- ROD
La "con- od" conec a el pis ón con la c osshead y el c ankpin en el d i ing wheel se (conjun o de uedas
mo ices), ansmi iendo el mo imien o lineal del pis ón al mo imien o o a i o de las uedas mo ices.
Fab icada ípicamen e en ace o o hie o undido.
El "c ankpin" es un pasado o pi o e que se encuen a en el d i ing wheel se . Su unción es con e i el
mo imien o lineal de la biela en mo imien o o a i o de la ueda mo iz.
Componen es y modelado de piezas
54
Figu a 68. Esquema [1] y modelado del con- od en CATIA V5
2-07.2
Es a pieza es un pasado que pe mi e conec a el con- od al c osshead. Se modela en ace o, como la mayo ía
de las piezas de los mecanismos, siguiendo el siguen e p oceso:
- En el plano YZ, se dibuja la media sección del pe il longi udinal del o nillo, como se mues a en la
p ime a imagen de la izquie da. Es e pe il incluye el cue po cilínd ico y la cabeza del o nillo.
- U ilizando la he amien a Sha ( e olución), se gi a el pe il al ededo de su eje e ical, gene ando el
cue po cilínd ico del o nillo.
- En la ca a supe io de la cabeza del o nillo, se dibuja un ec ángulo que ep esen a la anu a pa a el
des o nillado .
- Se usa la he amien a Pocke pa a c ea la anu a, ex ayendo el ma e ial de la cabeza en o ma de una
abe u a ec angula .
- Pa a edondea los bo des de la cabeza del o nillo y sua iza su ansición, se aplica un Fille supe io es.
Figu a 69. Modelado de la pieza 2-07.2
4.22 BRAZIL-2-08-SLIDE VALVE
La "slide al e" es una ál ula deslizan e que con ola el lujo de apo de los cilind os de la locomo o a.
Regula la en ada y salida de apo , lo que di ige el mo imien o del pis ón. Se modela con ma e iales
esis en es al calo y la p esión.
55
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
Figu a 70. Esquema [1] y modelado del slide al e" en CATIA V5
2-08.1
Es a pieza es la "cabeza" de la ál ula deslizan e y ac úa como una apa mó il den o del cue po de la ál ula.
Se desliza den o de un espacio ajus ado pa a ab i y ce a los pue os po donde el apo en a y sale del
cilind o. Las anu as y o mas pa icula es que iene ayudan a sella la ál ula, pe mi iendo que el apo se
dis ibuya e icien emen e y e i ando ugas.
El p oceso de modelado con iene los siguien es pasos:
1. Dibuja un cí culo en el plano XY pa a la base de la ál ula.
2. Usa la he amien a Pad pa a ex ui el pe il ci cula , c eando un cilind o sólido con la al u a
adecuada.
3. Dibuja un segundo cí culo concén ico de meno diáme o en la pa e supe io del cilind o.
4. U iliza la he amien a Pad pa a ex ui es e cí culo y c ea un escalón en la pa e supe io del cilind o.
5. Dibuja el pe il de las anu as in e nas en la pa e supe io del cilind o. Usa Pocke pa a co a
ma e ial y o ma las anu as in e nas.
6. De nue o, en el pano XY. Dibuja dos ec ángulos que co en la el cilind o base de mane a simé ica,
pa a acha a es a zona del sólido.
7. Usa la he amien a Pocke pa a qui a dicho ma e ial.
Figu a 71. P oceso de modelado de la pieza 2-08.1
4.23 BRAZIL-2-09-EXPANSION LINK+SHAFT
El “expansion link + sha ” es un componen e i al en la egulación del apo . El expansion link con ola la
can idad de apo que se suminis a a los cilind os, in luyendo en la elocidad y el es ue zo de acción. Es e
mecanismo se ajus a median e el sha , que es el eje sob e el cual el expansion link puede mo e se pa a a ia
la dis ibución del apo .
Componen es y modelado de piezas
56
Figu a 72. Esquema [1] y modelado del expansion link en CATIA V5
El modelado de cada una de las piezas que con o man es e elemen o se ha lle ado a cabo median e las
he amien as Pad, Pocke y Sha . Se han modelado en ace o y la ón.
4.24 BRAZIL-2-10-DIE BLOCK
El "die block" es un componen e esencial que ac úa como pun o de conexión en e el sis ema mó il de
ansmisión y el sis ema de in e sión de ma cha. Al desliza se sob e los ex emos de la sha , pe mi e una
ansmisión e ec i a del mo imien o en e ambos sis emas. Es a unción es c ucial pa a acili a el cambio de
di ección de la locomo o a de mane a sua e y con olada, ga an izando así su ope ación segu a y e icien e en
di e sas condiciones.
Figu a 73. Esquema [1] y modelado del die block en CATIA V5
El modelado de es a pieza se ha lle ado a cabo median e las he amien as Pad y Pocke .
4.25 BRAZIL-2-11-RADIUS BAR
La " adius ba " conec a las uedas con el sis ema de di ección. Es a conexión asegu a que el mo imien o de
las uedas a ec e al uncionamien o del die block y, po ende, al con ol de la ál ula deslizan e.
El modelado de es e elemen o se ealiza de mane a sencilla con las he amien as Pad, Pocke y Sha , siendo
es a úl ima esencial pa a cons ui el elemen o de unión 2-11.2.
57
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
Figu a 74. Esquema [1] y modelado de la adius ba en CATIA V5
4.26 BRAZIL-2-12-SLIDE VALVE CON-ROD
La "slide al e con- od" conec a la slide al e con el adius ba . De es a mane a, la posición del es e in luye
en el ango de deslizamien o de la slide al e, lo que a su ez modi ica la ma cha de la locomo o a. Es a
conexión es esencial pa a con ola y ajus a el uncionamien o del mecanismo de di ección y la ma cha de la
locomo o a de apo .
Figu a 75. Esquema [1] y modelado de la slide al e con- od en CATIA V5
Al igual que en el caso de la adius ba , el modelado de es e elemen o se ealiza de mane a sencilla con las
he amien as Pad, Pocke y Sha , siendo es a úl ima esencial pa a cons ui el elemen o de unión 2-11.2.
4.27 BRAZIL-3-01-FRONT END FOOT PLATE
La " on end oo pla e" es una placa ubicada en la pa e on al de la locomo o a de apo . Si e como
pla a o ma de apoyo pa a los ope a ios du an e a eas de man enimien o, inspección y ope ación. Suele es a
ab icada en ace o esis en e.

Componen es y modelado de piezas
58
Figu a 76. Esquema [1] y modelado de la on end oo pla e en CATIA V5
Es á compues o po es piezas del mismo ma e ial. Es as son la placa base en o ma de T con sus
co espondien es pe o aciones que pe mi en la unión, una pequeña apa pa a acili a a los ope a ios el acceso
a los sis emas ubicados bajo la misma, y una escuad a ec angula con di e sas pe o aciones que pe mi e uni
dicha placa al componen e que e emos a con inuación.
4.28 BRAZIL-3-02-SMOKEBOX SHELL
La "smokebox shell" es la ca casa que en uel e la pa e delan e a de la calde a. Fab icada ípicamen e en ace o
esis en e al calo y la co osión, p opo ciona un espacio donde se ecolec an y expulsan los gases de escape
p oducidos po la combus ión del ca bón o el combus ible u ilizado. Además de ga an iza la isibilidad del
maquinis a al e i a la acumulación de humo en la cabina, p o ege la calde a y o os componen es de la
locomo o a del calo y los elemen os ex e nos.
Figu a 77. Esquema [1] y modelado de la smokebox shell en CATIA V5
El modelado de cada una de las piezas que la con o man se ha ealizado con las he amien as Pad y Pocke .
59
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
4.29 BRAZIL-3-03-SMOKEBOX DOOR
La "smokebox doo " es la pue a ubicada en la pa e on al de la smokebox shell. Es a pue a acili a el acceso
al in e io de la misma pa a lle a a cabo a eas de man enimien o, inspección y limpieza, con ibuyendo así al
man enimien o adecuado y al uncionamien o óp imo de la locomo o a. Se ab ica ípicamen e en ace o
esis en e al calo y la co osión.
Figu a 78. Esquema [1] y modelado de la smokebox doo en CATIA V5
A con inuación, a pesa de no di e i demasidado de o as piezas an e io men e desc i as, se ecoge el p oceso
de modelado seguido pa a ob ene la pue a:
3-03.1
El p oceso de modelado de es a pieza se ealiza de la siguien e mane a:
1. Se dibuja la media sección de la apa en un boce o en is a la e al, donde se de ine la o ma del pe il
de la pieza.
2. U ilizando la he amien a Sha , se gene a el sólido de e olución a pa i del pe il dibujado, c eando
así el cue po cilínd ico o ci cula de la apa.
3. A con inuación, se c ean las pe o aciones sob e la supe icie supe io de la pieza usando la
he amien a Pocke . Es as pe o aciones, pa a ijación median e o nillos, se ubican en las posiciones
necesa ias de acue do a las especi icaciones de diseño.
4. Pa a c ea el alojamien o de la bisag a, se ealiza un Pocke . Es o implica dibuja la geome ía de la
anu a en el á ea co espondien e y luego u iliza la he amien a de ex acción de ma e ial pa a c ea la
anu a que pe mi i á el acoplamien o de la bisag a.
5. Finalmen e, se aplica la he amien a Fille pa a edondea los bo des de la apa, e i ando así bo des
a ilados.
Figu a 79. Modelado de la pieza 3-03.1 en CATIA V5
Componen es y modelado de piezas
60
4.30 BRAZIL-3-04-SMOKE STACK
El "smoke s ack", o chimenea, pe mi e la expulsión de los gases de combus ión gene ados en la calde a hacia
la a mós e a. Se ubica en la pa e on al supe io de la locomo o a, y man iene una p esión adecuada en la
calde a al p opo ciona una ía de escape pa a el humo, las cenizas y o os subp oduc os de la combus ión.
Además, con ibuye a man ene la isibilidad del maquinis a du an e la ope ación.
Figu a 80. Esquema [1] y modelado de la smoke s ack en CATIA V5
G acias a la o ma cilínd ica de las piezas que la componen se modelan ácilmen e con la he amien a Sha .
Como ma e iales, se emplea el aluminio y el la ón, disminuyendo así el peso de la locomo o a. A con inuación,
se indican los pasos seguidos pa a modela la base de la chimenea, que pe mi e ija la en la pa e supe io de la
smokebox shell.
3-04.1
Es a pieza, de aluminio, se co esponde con la base de la chimenea y pe mi e ija la a la supe icie cu a de la
caja de humos. El p oceso seguido pa a su modelado es el siguien e:
1. En un plano adecuado, se dibuja la media sección de la pieza que de ine el pe il del cue po cónico.
2. U ilizando el pe il dibujado, se gene a el sólido median e la he amien a Sha , gi ando la sección
al ededo de un eje cen al, lo que c ea la o ma cónica ca ac e ís ica.
3. En el mismo plano, se dibuja una ci cun e encia que in e secciona la pa e in e io del sólido
gene ado. Es a ope ación eco a el sólido pa a c ea una supe icie cu a, que pe mi i á el encaje de
la pieza sob e la caja de humos.
4. Po úl imo, se c ean dos pe o aciones u ilizando la he amien a Pocke . Es as pe o aciones se
u ilizan pa a la ijación de la pieza.
Figu a 81. Modelado de la pieza 3-04.1 en CATIA V5
61
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
4.31 BRAZIL-3-05-PETTICOAT PIPE
La "pe icoa pipe" es un componen e i al ubicado den o de la smokebox shell que, además de encaja bajo la
chimenea y acili a su ijación, pe mi e que el humo salien e de la calde a se mezcle con el apo de escape,
gene ando un e ec o de succión que aumen a el lujo de ai e a a és de la calde a. Es o no solo mejo a la
e iciencia de la combus ión del combus ible, sino que ambién ayuda a ex ae los gases de combus ión de la
locomo o a, con ibuyendo así a un uncionamien o más e icien e y segu o.
Figu a 82. Esquema [1] y modelado de la pe icoa pipe en CATIA V5
El modelado en la ón de las dos piezas que lo con o man se ealiza con las he amien a Sha , Pad y Pocke .
4.32 BRAZIL-3-06-REAR END FOOT PLATE
El " ea end oo pla e" es una pla a o ma ubicada en la pa e ase a, que p opo ciona un á ea de acceso pa a
los ope a ios du an e el man enimien o, la inspección o la ope ación de la locomo o a. Además, pe mi e la
ijación de la cubie a ase a, así como de o os mecanismos que se mos a an más adelan e.
Figu a 83. Esquema [1] y modelado de la ea end oo pla e en CATIA V5
Es e componen e se modela en ace o, siendo necesa ia únicamen e la he amien a Pad.
Componen es y modelado de piezas
68
4.41 BRAZIL-4-02-BOILER FLUE PIPE-TYPE-1
El "boile lue pipe" es un conduc o que o ma pa e del sis ema de la calde a. Es e conduc o es á diseñado
pa a pe mi i que los gases calien es gene ados du an e la combus ión en la calde a pasen a a és de él y sean
expulsados hacia la chimenea. Ayuda a ans e i el calo desde los gases de combus ión al agua de la calde a,
aumen ando así la empe a u a y la p esión del apo . Suelen es a ab icados con ma e iales me álicos con
g an capacidad conduc o a del calo . Pa a es e p oyec o, como ya se indicó en el apa ado an e io , se usa
cob e.
Figu a 95. Esquema [1] y modelado de la boile lue pipe en CATIA V5
4.42 BRAZIL-4-03-BOILER FLUE PIPE-TYPE-2
Es e conduc o p esen a exac amen e la misma unción que el an e io . La única di e encia es que, debido al
diseño, su diáme o es meno .
Figu a 96. Esquema [1] y modelado de la boile lue pipe- ype-2 en CATIA V5
4.43 BRAZIL-4-04-BOILER BUSH-TYPE-1
El “Boile Bush” es un componen e u ilizado pa a conec a acceso ios, como ube ías o ál ulas, a la calde a
sin comp ome e su in eg idad. Tiene o ma cilínd ica y se ab ica en ma e iales esis en es a al as
empe a u as y p esiones, pe mi iendo un acople segu o y he mé ico pa a la ins alación de equipos de
medición, con ol o escape de apo .
Las he amien as u ilizadas pa a su cons ucción son Pad y Pocke , y se ha escogido b once como ma e ial de
cons ucción.

69
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
Figu a 97. Esquema [1] y modelado de la Boile Bush-Type-1 en CATIA V5
4.44 BRAZIL-4-05-BOILER BUSH-TYPE-2
En es e caso, hablamos de o o componen e u ilizado pa a conec a acceso ios simila al an e io en cuan o a
ma e ial y mé odo de modelado.
Figu a 98. Esquema [1] y modelado de la Boile Bush-Type-2 en CATIA V5
4.45 BRAZIL-4-06-STAY-BLOWER PIPE
La S ay-Blowe Pipe es una ube ía o conduc o u ilizado en la calde a pa a canaliza apo hacia la caja de
uego, ayudando a man ene una ci culación de ai e adecuada, lo que pe mi e una mejo ans e encia de calo
y una mayo po encia del sis ema.
Figu a 99. Esquema [1] y modelado de la S ay-Blowe Pipe en CATIA V5
La o ma ubula de las piezas que la componen pe mi e un ácil modelado median e Pad y Pocke . Los
ma e iales son cob e, b once y la ón, siendo es os dos úl imos los más esis en es empleados pa a las
conexciones de la ube ía.
Componen es y modelado de piezas
70
4.46 BRAZIL-4-07-WATER-PRESSURE GAUGE TOP FITTING
La "wa e -p essu e gauge op i ing" es una conexión ubicada en la pa e supe io de la calde a que pe mi e
en ia apo al manóme o de p esión y al ni el del depósi o de agua, asegu ando su co ec o uncionamien o.
Al igual que en las demás piezas de es e ipo, los ma e iales escogidos son cob e, b once y la ón.
Figu a 100. Esquema [1] y modelado de la wa e -p essu e gauge op i ing en CATIA V5
4-07.1
Es a pieza es el bloque p incipal de la wa e -p essu e gauge op i ing. Se modela en b once con las
he amien as Pad y Pocke . Los pasos seguidos son los siguien es:
1. Dibuja la sección de la pieza en cualquie plano.
2. Con Pad, ex ui pa a c ea un bloque sólido.
3. En los planos pe inen es, ealiza boce os con cí ulos que ep esen en los o i icios de la pieza.
4. Con Pocke , ex ae el ma e ial has a ob ene la p o undidad deseada.
5. Finalmen e, con Fille , edondea los bo des indicados en la Figu a 101.
Figu a 101. Modelado de la pieza 4-07.1 en CATIA V5
4.47 BRAZIL-4-08-WATER GAUGE BOTTON FITTING
La "wa e gauge bo om i ing" es una conexión ubicada en la pa e in e io del medido de ni el de agua. Se
u iliza pa a ija el medido de ni el de agua en su posición y asegu a su co ec o uncionamien o. Además,
si e como pun o de salida pa a el agua que se u iliza en el medido , pe mi iendo que es e mida con p ecisión
el ni el de agua den o de la calde a.
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Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
Sus piezas se cons uyen con Pad en la ón y cob e.
Figu a 102. Esquema [1] y modelado de la wa e gauge bo om i ing en CATIA V5
4.48 BRAZIL-4-09-SAFETY VALVE
La "sa e y al e" ( ál ula de segu idad) p o ege la calde a de la locomo o a con a el exceso de p esión,
e i ando que la p esión in e na de la calde a exceda un ni el segu o. Cuando la p esión del apo en la calde a
alcanza un pun o pelig osamen e al o, la ál ula se ab e au omá icamen e, pe mi iendo que el apo escape
hacia la a mós e a has a que la p esión uel a a un ni el segu o. Es o ayuda a p e eni la explosión de la
calde a y p o ege la locomo o a, los pasaje os y el pe sonal con a posibles daños o lesiones.
Po o o lado, se puede ac ua sob e ella pa a que libe e apo aún cuando no alcanza ni eles de p esión
excesi amen e al os y gene a así señales acús icas. En es e caso, hablamos del sis ema ain whis le, el cual
no ue desa ollado po el diseñado de es e modelo. Es e elemen o es uno de los dos que se han diseñado
desde ce o pa a comple a la locmo o a, po lo que se mos a á al inal de es e capí ulo.
Como se puede obse a a simple is a en la Figu a 103, la longi ud de la pieza 4-09.3 ha sido aumen ada
como consecuencia de la implemen ación del ain whis le.
Figu a 103. Esquema [1] y modelado de la sa e y al e en CATIA V5
Se p escinde de la explicación del modelado de sus piezas al se simila a o as ya comen adas en apa ados
an e io es. Han sido necesa ias las he amien as Pad, Pocke , Sha y Helix, y los ma e iales la ón y ace o.
Componen es y modelado de piezas
72
4.49 BRAZIL-4-10-SAFETY VALVE DOME
El "sa e y al e dome" es una es uc u a que albe ga la ál ula de segu idad en la pa e supe io de la calde a.
Su unción p incipal es p opo ciona un espacio p o egido y accesible, pe mi iendo que uncione de mane a
e icien e y con iable. La ubicación en la pa e supe io de la calde a asegu a que la ál ula pueda libe a el
apo de mane a e ec i a en caso de que la p esión en la calde a alcance ni eles pelig osos. Además, el diseño
del ayuda a di igi el apo libe ado hacia a iba y hacia a ue a de la locomo o a, alejándolo de á eas sensibles
y educiendo el iesgo de lesiones pa a el pe sonal y los pasaje os.
Figu a 104. Esquema [1] y modelado de la sa e y al e dome en CATIA V5
Se modela ácilmen e en la ón median e Sha y Pocke .
4.50 BRAZIL-4-11-WATER GAUGE
El "wa e gauge" es un disposi i o u ilizado pa a medi el ni el de agua en la calde a. Consis e en un ubo de
id io anspa en e mon ado o al o pa cialmen e e ical en la cabina del maquinis a.
Figu a 105. Esquema [1] y modelado de ls wa e gauge en CATIA V5
73
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
4.51 BRAZIL-4-12-WATER GAUGE PIPE NUT
El "wa e gauge pipe nu " es una ue ca u ilizada pa a asegu a el ubo de id io del wa e gauge en su luga .
Es e componen e se encuen a en ambos ex emos del ubo de id io y se u iliza pa a suje a lo i memen e a
las conexiones supe io es e in e io es en la calde a, al y como se puede ap ecia en la Figu a 106.
Figu a 106. Esquema [1] y modelado de la wa e gauge pipe nu en CATIA V5
El p oceso de modelado es exca amen e igual que el desc i o en el apa ado 5.4 pe o cambiando las
dimensiones de la ue ca y el ma e ial, siendo la ón en es e caso.
4.52 BRAZIL-4-13-FIRE BOX
La " i e box" es el á ea ubicada en la pa e ase a de la calde a En es a pa e se quema el combus ible,
gene ando calo que se ans ie e al agua de la calde a pa a p oduci apo . Es á diseñada pa a sopo a al as
empe a u as y pa a con ene de mane a segu a el uego y los gases de combus ión mien as se lle a a cabo el
p oceso de combus ión.
Figu a 107. Esquema [1] y modelado de la Fi e box en CATIA V5
Se modela en la ón siguiendo los siguien es pasos:
1. En el plano e ical, se ealiza el boce o de la pa ed onal. La o ma de es a se ca ac e iza po se
ec angula pe o sus i uyendo el lado co e supe io po un semici culo.
2. A con inuación, se ex uye el boce o con Pad pa a da le olumen a la pa ed.
3. En una de las ca as del sólido gene ado, ealiza un nue o boce o de dos ec ángulos e icales que
ep esen en la sección de las pa edes la e ales.

Componen es y modelado de piezas
74
4. Ex ui con Pad pa a gene a las pa edes.
5. Realiza de nue o los pasos 3 y 4 en las ca as e icales expues as del sólido ob enido, pe o
aumen ando la al u a de los ec ángulos la dis ancia necesa ia.
6. Realiza el paso 5 aumen ando hacia el in e io de la caja la anchu a de los ec ángulos pa a c ea los
ebo des de unión.
Figu a 108. P oceso de modelado de la Fi e box en CATIA V5
4.53 BRAZIL-4-14-DRY BACKHEAD
El "d y backhead" es una placa me álica colocada en la pa e pos e io de la cáma a de combus ión y la
calde a, diseñada pa a p o ege a los maquinis as del calo adian e y los gases de combus ión. Es a placa
me álica ac úa como un escudo é mico, ayudando a educi el iesgo de quemadu as pa a los maquinis as.
Figu a 109. Esquema [1] y modelado de la d y backhead en CATIA V5
75
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
El p oceso de modelado equie e las he amien as Pad y Pocke . En cuan o al ma e ial, es e componen e se
modela en la ón.
4.54 BRAZIL-4-15-CLACK VALVE
La "clack al e" es una ál ula de e ención u ilizada pa a con ola el lujo de agua den o de la calde a. Es a
ál ula es esencialmen e una ál ula unidi eccional que pe mi e que el agua luya en una di ección mien as
e i a que luya en la di ección opues a, es deci , pe mi e que el agua en e en la calde a desde el anque de
agua de la locomo o a y e i a que el agua eg ese hacia el anque cuando la p esión de la calde a es mayo que
la de es e.
Figu a 110. Esquema [1] y modelado de la clack al e en CATIA V5
El p oceso de modelado equie e las he amien as Pad y Sha . En cuan o a los ma e iales, odo el componen e
se modela en la ón, excep o la bola in e io (4-15.2) que se modela en ace o.
4.55 BRAZIL-4-16-REGULATOR VALVE
La " egula o al e" es una ál ula que con ola el lujo de apo hacia los cilind os. Es á ubicada en la
cabina del maquinis a de mane a que, al ab i la o ce a la, se pued con ola la elocidad y la po encia de la
locomo o a.
Figu a 111. Esquema [1] y modelado de la egula o al e en CATIA V5
De mane a semejan e a la ál ula an e io , se modela con las he amien as Pad y Pocke . En cuan o a los
ma e iales, se emplea la ón y ace o.
Componen es y modelado de piezas
76
4.56 BRAZIL-4-17-BLOWER VALVE
La "blowe al e" es una ál ula que se u iliza pa a libe a manualmen e la p esión de la calde a cuando es
necesa io, como du an e una si uación de eme gencia o cuando se necesi a ealiza man enimien o.
Figu a 112. Esquema [1] y modelado de la blowe al e en CATIA V5
Como en el es o de ál ulas, se modela con las he amien as Pad y Pocke . En cuan o a los ma e iales, se
emplea la ón y ace o.
4-17.6
Es a pieza es una ueda diseñada pa a ajus a manualmen e la ál ula. La ueda pe mi e aplica o que pa a
con ola la ál ula y ajus a su posición o ape u a.
1. Se dibuja la media sección en o ma de "I" ( is o en la p ime a imagen), ep esen ando el semipe il
de la ueda. U ilizando la he amien a Sha , se gene a el sólido po e olución.
2. En un plano la e al in e io , se dibujan los cí culos y con la he amien a Pocke se ealizan los
aguje os.
3. Finalmen e, se usa la he amien a Fille pa a edondea los bo des y consegui mayo comodidad pa a
el ope a io.
Figu a 113. P oceso de modelado de la pieza 4-17.6 en CATIA V5
4.57 BRAZIL-4-18-BLOWER VALVE PIPING
El "blowe al e piping" es el sis ema de ube ías asociados a la blowe al e. Es á diseñado pa a di igi el
lujo de ai e desde la "blowe al e" has a la ube ía de escape, que lo conduce hacia la chimenea a a esando
la calde a.
77
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
Figu a 114. Esquema [1] y modelado de la blowe al e piping en CATIA V5
4-18.1
Es a pieza es la ube ía p opiamen e dicha. Se modela en cob e siguiendo los siguien es pasos, simila es a los
de la pieza 1-11.7 del apa ado 5.11:
1. Se dibuja un boce o que ep esen a la ayec o ia de la ube ía. Es e boce o se ealiza u ilizando las
he amien as Line y Ci cle, siendo necesa io di idi lo en a ios boce os di e en es, según se a
necesa io cambia de plano.
2. Se de ine la sección 2D de la ube ía ci cula en un plano pe pendicula al amo inicial.
3. Con la ayec o ia 2D de inida, se aplica la he amien a Rib seleccionando la sección y la ayec o ia,
gene ando una o ma ubula con la o ma deseada. Es e paso se ealiza an as eces como núme o de
boce os, o cambios de plano, compongan la ayec o ia.
Figu a 115. P oceso de moleado de la pieza 4-18.1 en CATIA V5
Componen es y modelado de piezas
84
du an e el iaje o la ope ación de la locomo o a. Es á diseñado pa a p opo ciona un acceso con enien e a los
a ículos almacenados.
Figu a 127. Esquema [1] y modelado del d i e s cab bunke en CATIA V5
Es e componen e de la locomo o a se modela en ace o con la he amien a Pad y Pocke .
4.68 BRAZIL-5-07-DRIVERS CAB FRONT PLATE
El "d i e s cab on pla e" es una placa ubicada en la pa e on al de la cabina del maquinis a. Es a placa
p opo ciona p o ección con a el ien o y o os elemen os ex e nos, ayudando a man ene al maquinis a
esgua dado mien as ope a.
Figu a 128. Esquema [1] y modelado del d i e s cab on pla e en CATIA V5
Es a placa se modela en ace o ácilmen e con la he amien a Pad.
4.69 BRAZIL-5-08-DRIVERS CAB REAR FRAME
El "d i e s cab ea ame" es la es uc u a ubicada en la pa e ase a de la cabina. Es a pa e del chasis
p opo ciona sopo e y p o ección adicional al habi áculo del conduc o . Además, puede se i como pun o de
mon aje pa a di e sos componen es, como luces ase as, e lec o es u o os disposi i os de señalización
necesa ios pa a la isibilidad y segu idad du an e la ope ación de la locomo o a.
Es e componen e se modela en su o alidad con la he amien a Pad y Pocke , y se emplea ace o como ma e ial
de ab icación.

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Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
Figu a 129. Esquema [1] y modelado del d i e s cab ea ame en CATIA V5
4.70 BRAZIL-5-09-DRIVERS CAB ROOF
El "d i e s cab oo " es la pa e supe io o cubie a de la cabina. Es a es uc u a es á diseñada pa a p o ege al
maquinis a de las inclemencias del iempo, como la llu ia, la nie e, el sol y el ien o, p opo cionando un
ambien e de abajo más cómodo y segu o.
Figu a 130. Esquema [1] y modelado del d i e s cab oo en CATIA V5
La cubie a se modela en ace o, al igual que el es o de la es uc u a, siguiendo los siguien es pasos:
1. Se ealiza el boce o del pe il cu o de la placa.
2. Con Pad, se ex uye pa a c ea el sólido.
3. Con la he amien a Fille , se edondean las 4 esquinas.
4. Sob e la placa, se ealiza el boce o de las pe o aciones. En es e caso, a pesa de la cu a u a, odas las
pe o aciones de han ealizado e icalmen e, e i ando así la necesidad de c ea un plano pa a cada
pa de pe o aciones.
5. Finalmen e, se ex ae el ma e ial con Pocke .
Componen es y modelado de piezas
86
Figu a 131. P oceso de modelado del d i e s cab oo en CATIA V5
4.71 BRAZIL-89mm-RAIL
El é mino "BRAZIL-89mm-RAIL" es un ipo especí ico de iel u ilizado en el sis ema e o ia io en B asil,
con una anchu a de 89 milíme os. Es e ipo de iel puede se u ilizado en e oca iles indus iales, an ías o
líneas de e oca il de ía es echa.
Los planos del modelo con el que se ha abajado no p opo ciona la o ma y dimensiones de la ía. Po es e
mo i o, se ha diseñado la sección del iel en unción de la o ma de las uedas de la locomo o a y del ancho de
ía, y se ha escogido una dis ancia con enien e en e los a esaños de made a. Es as decisiones de diseño se
pueden obse a en la Figu a 132.
El modelado de la misma se ha lle ado a cabo de mane a sencilla con las he amien as Pad, Fille y T ansla e.
Es a úl ima pe mi e duplica un elemen o en una di ección equispaciadamen e el núme o de eces que
deseemos, lo que ha acili ado la c eación de los a esaños.
Figu a 132. Po ceso de modelado de la ía en CATIA V5
Se han escogido ma e iaes ealis as como son el hie o (I on) pa a los ieles, y la made a de oble (Oak) pa a
87
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
los a esaños, siendo es a ípica po su du abilidad y esis encia.
Como ya se in odujo an e io men e, en el siguien e apa ado se p esen a án los diseños p opios ealizados
especí icamen e pa a comple a el modelo. Es os diseños han sido c eados y adap ados con o me a los
equisi os écnicos del p oyec o, con el obje i o de asegu a la uncionalidad y p ecisión de cada componen e.
4.72 Diseños p opios: Foco delan e o y Mecanismo silba o
A pesa de que los planos o iginales del modelo son bas an e co ec os en su mayo ía, se ha iden i icado la
p esencia de cie os e o es que han enido que se subsanados du an e el p oceso de modelado. Además, los
planos se encuen an incomple os, lo que ha eque ido una in es igación más p o unda. T as compa a con
imágenes eales y es udia los mecanismos de las an iguas locomo o as, se ha decidido diseña dos
componen es cla e que al aban: un oco delan e o y el mecanismo silba o, ambos esenciales pa a comple a
de mane a iel y uncional el modelo.
Cabe des aca que pa a la iden i icación de las nue as piezas se ha seguido la misma codi icación numé ica
usada has a aho a, dando luga al bloque 6.
4.72.1 BRAZIL-6-01-FOCUS
El diseño del oco es á cons i uido po las 5 piezas que se mues an a con inuación:
6-01.1
Es a pieza es una escuad a cu a con sección en T, diseñada pa a pe mi i la sujeción del oco a la caja de
humos median e emaches. Su modelado se ha ealizado u ilizando las he amien as Pad, Pocke y Fille ,
op ando po el aluminio como ma e ial de ab icación, con el obje i o de minimiza el peso o al del
modelo sin comp ome e su esis encia es uc u al.
Figu a 133. Pieza 6-01.1 modelada
6-01.2
Es a pieza es un sopo e en o ma de U que sos iene el oco y pe mi e su ijación a la escuad a,
posibili ando an o el gi o e ical como ho izon al del oco, lo que pe mi e apun a lo manualmen e en la
di ección deseada. Al igual que la pieza an e io , el modelado en aluminio de la pieza se ha ealizado
median e Pad, Pocke y Fille .
Figu a 134. Pieza 6-01.2 modelada
Componen es y modelado de piezas
88
6-01.3
La ca casa del oco acili a el encaje con el sopo e y pe mi e coloca una bombilla. Es a pieza se modela
u ilizando las ope aciones Sha y Fille , lo que asegu a una o ma cónca a p ecisa. Al igual que las o as
pa es, se emplea aluminio pa a man ene la lige eza del conjun o sin comp ome e la obus ez o
uncionalidad del diseño.
Figu a 135. Pieza 6-01.3 modelada
6-01.4
La bombilla se modela u ilizando las ope aciones Sha , Pocke y Fille , lo que pe mi e c ea su o ma
es é ica. Pa a es e componen e, se elige el id io (glass) como ma e ial, lo que simula su apa iencia y
p opiedades, con ibuyendo así a la ep esen ación ealis a del oco en el modelo. Es a elección de
ma e ial es esencial pa a e leja adecuadamen e el diseño es é ico de la bombilla.
Figu a 136. Pieza 6-01.4 modelada
6-01.5
La cubie a del oco se modela en plexiglass, un ma e ial anspa en e que o ece buena esis encia y
cla idad óp ica. Pa a su modelado, se dibuja media sección y se u iliza la ope ación Sha , lo que pe mi e
c ea la o ma adecuada que encaja sob e la ca casa y p opo ciona una p o ección e icaz. Es e ma e ial no
solo pe mi e la di usión de la luz, sino que ambién ag ega un acabado es é ico al conjun o del oco.
Figu a 137. Pieza 6-01.5 modelada
89
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
Finalmen e, en la Figu a 138, se mues a el oco comple o.
Figu a 138. Foco modelado y ensamblado en CATIA V5
4.72.2 BRAZIL-6-02-WHISTLE
El diseño del mecanismo silba o es á cons i uido po las 10 piezas que se mues an a con inuación:
6-02.1
Es a pieza es el sopo e base del silba o, que pe mi e uni el mecanismo a la sa e y al e dome (apa ado
5.49). Es á diseñada pa a ija el conjun o del silba o a la locomo o a, ga an izando es abilidad. Se ha
modelado en aluminio u ilizando las he amien as Pad, Pocke y Fille pa a asegu a un diseño uncional
y lige o.
Figu a 139. Pieza 6-02.1 modelada
6-02.2
Es a pieza es un conduc o ubula que ac úa como chimenea, di igiendo el apo de escape hacia a iba
pa a e i a obs ui la isibilidad del maquinis a. Se ha modelado en la ón pa a man ene la es é ica del
modelo de la locomo o a, u ilizando las he amien as Pad y Fille pa a da le su o ma inal.
Figu a 140. Pieza 6-02.2 modelada

Componen es y modelado de piezas
90
6-02.3
Es a pieza es un pie de apoyo que sos iene el apoyo cen al del sis ema de palanca, el cual pe mi e la
ac i ación del mecanismo del silba o. Se ha modelado en aluminio empleando las he amien as Pad y
Fille pa a da o ma y sua iza los bo des de la pieza.
Figu a 141. Pieza 6-02.3 modelada
6-02.4
Es a pieza es un elemen o que se coloca sob e el sopo e an e io . Su unción es pe mi i que la palanca se
apoye y pueda gi a du an e la ac i ación del silba o. Se ha modelado en aluminio u ilizando las
he amien as Pad, Pocke y Fille , lo que pe mi e una es uc u a sólida y bo des sua izados.
Figu a 142. Pieza 6-02.4 modelada
6-02.5
En es e caso, se a a de una pieza semejan e a la a e io . La di e encia es á en que es a se coloca sob e la
pieza 4-09.3 de la sa e y al e (apa ado 5.48) que, como se comen ó du an e su desc ipción, ue ala gada
pa a acili a el co ec o uncionamien o del mecanismo. Su unción es la misma, uni dos piezas dejando lib e
un g ado de libe ad.
Figu a 143. Pieza 6-02.5 modelada
91
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
6-02.6
La palanca es la pieza enca gada de ansmi i el mo imien o que ejecu a el maquinis a hacia la sa e y
al e, ac i ando el mecanismo del silba o. Es á modelada en aluminio pa a ga an iza lige eza y
esis encia, y se ha cons uido u ilizando las he amien as Pad y Fille , p opo cionando una o ma
de inida y bo des sua izados en los pines de unión
Figu a 144. Pieza 6-02.6 modelada
6-02.7
La a illa es una pieza que se conec a al ex emo de la palanca y es desde donde el maquinis a eje ce la
ue za pa a ac i a el mecanismo del silba o. Es á modelada en aluminio, empleando las he amien as
Pad, Sha y Fille pa a da le su o ma ubula y sua iza los bo des, acili ando así su manipulación y
asegu ando un mo imien o luido.
Figu a 145. Pieza 6-02.7 modelada
6-02.8
La manilla es la pieza ubicada en el ex emo de la a illa. Es la pa e accesible al maquinis a, diseñada
e gonómicamen e pa a pe mi i un aga e cómodo y e icien e al momen o de i a hacia abajo. Se modela
en aluminio u ilizando las he amien as Pad y Fille .
Figu a 146. Pieza 6-02.8 modelada
Componen es y modelado de piezas
92
6-02.9
El aga e, que se coloca en la manilla, es una pieza ubula de made a diseñada pa a p opo ciona
comodidad y acili a el manejo po pa e del maquinis a. Es a pieza se modela u ilizando la he amien a
Pad empleando made a de oble, lo que no solo o ece un buen ac o, sino que ambién con ibuye al
aspec o adicional del modelo, man eniendo la cohe encia con los ma e iales empleados en las
locomo o as an iguas.
Figu a 147. Pieza 6-02.9 modelada
6-02.10
Es a úl ima pieza es simila a las 6-02.4 y 6-02.5, acili a la unión de piezas pe mi iendo el gi o, en es e
caso, en ambos ex emos. Se coloca el el ex emo lib e de de la palanca y se une a la pieza 6-02.4. De es a
mane a, ya se iene el mecanismo comple amen e ce ado y uncional. Se modela en aluminio usando
Pad, Pocke y Fille .
Figu a 148. Pieza 6-02.10 modelada
Finalmen e, en la Figu a 149, se mues a el mecanismo silba o comple o.
Figu a 149. Mecanismo silba o modelado y ensamblado en CATIA V5
93
5 ENSAMBLE Y RENDERIZADO
n es e capí ulo se de allan los p ocesos de ensamblaje y ende izado de la locomo o a de apo , basados
en los planos de la misma [1]. El análisis de es os ensamblajes es c ucial pa a comp ende la es uc u a
y uncionamien o del sis ema comple o, así como pa a iden i ica las elaciones y dependencias en e
sus componen es. Además, se p esen a án los mé odos y écnicas u ilizados pa a ende iza los subconjun os y
el modelo inal, p opo cionando una isualización cla a y ealis a.
5.1 P oceso Ensamblaje
El módulo que pe mi e ensambla las piezas es el siguien e:
Assembly Design Wo kbench
Pa a accede al mismo, se busca Mechanical Design en el desplegable que apa ece al clica sob e la pes aña
S a , si uada en la ba a supe io de opciones. De es a mane a accedemos a un nue o desplegable, en el cual
apa ece el wo kbench Assembly Design, al y como se mues a en la Figu a 150.
Figu a 150. Ubicación de Assembly Design en la in e az de usua io
Es e módulo pe mi e impo a los modelos indi iduales de cada componen e y o ganiza los en un ensamblaje
comple o. Además, acili a la ges ión de je a quías de ensamblaje y sub-ensamblajes, pe mi iendo una
es uc u a cla a y o ganizada.
Una ez se accede al módulo y se impo an las piezas a ensambla , se equie e el uso de di e sas he amien as:
Cons ain s (Res icciones)
Las es icciones son esenciales pa a de ini cómo in e ac úan y se posicionan los componen es en e sí. A
con inuación, se de inen las p incipales:
- Coincidencia: Alinea supe icies o ejes de di e en es componen es.
- Concen icidad: Asegu a que los ejes de dos componen es sean coaxiales.
- Dis ancia: De ine una dis ancia ija en e supe icies o ejes.
E
Ensamble y ende izado
100
5.3.7 SA-2-205
El ensamblaje SA-2-205 consis e en añadi al SA-1-105 las uedas y las ba as que componen el sis ema de
ansmisión del mo imien o.
Figu a 165. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-2-205
Pa a ello, se comienza ijando en el espacio el ensamblaje SA-1-105. El siguien e paso es añadi las uedas de
ansmisión del mo imien o y las de di ección, po lo que an es se debe coloca la pieza 2-03 que suje a es as
úl imas (bogie). Pa a ello, se alinea dicha pieza bajo el ensamblaje u ilizando las pe o aciones pe inen es y se
hacen coincidi las supe icies. Una ez ealizado es e paso, se p ocede a añadi las uedas.
Pa a coloca las mismas, se alinean los ejes con el chasis y se imponen es icciones de coincidencia en e las
ca as in e nas de las uedas con las supe icies de ozamien o del chasis.
Finalmen e, se añade el sis ema de ansmisión. Pa a ello, se colocan las ba as po o den a ambos lados,
componiendo en pequeños pasos dicho sis ema y asegu ando su co ec o uncionamien o. Todos es os
elemen os se ensamblan alineando pe o aciones y añadiendo es icciones de con ac o.

101
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
5.3.8 SA-3-301
El ensamblaje SA-3-301 es la es uc u a de la cáma a de humo de la locomo o a de apo . T as la Figu a 166,
se comen a el p oceso de ensamblado de la misma.
Figu a 166. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-3-301
Se pa e de la ijación en el espacio de la BRAZIL-3-02-SMOKEBOX SHELL (Ca casa de la cáma a de
humo). Una ez ijada, se alinea la pieza 3-03 que se co esponde con la pue a de acceso a la ca casa. Es a
pieza se ensambla alineando la p opia pue a con el hueco p epa ado pa a la misma, ya que es ci cula , y
alineando el p opio sis ema de bisag a, ya que son es icciones pe pendicula es.
A con iuación, se pasa a añadi la chimenea, iden i icada como BRAZIL-3-04-SMOKE STACK. Pa a ello se
alinea en la pa e supe io y se es ablece una es icción de con ac o en e la supe icie in e io de la pa e de
sujección de la chimenea y la supe icie cu a supe io de la ca casa.
5.3.9 SA-3-302
El ensamblaje SA-3-302 es igual que el an e io , pe o añadiendo la pieza BRAZIL-3-01-FRONT END FOOT
PLATE (Placa delan e a del pie). És a se ensambla alineando dos o más pe o aciones de la pa e in e io de la
ca casa con di ecciones pe pendicula es.
Figu a 167. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-3-302
Ensamble y ende izado
102
5.3.10 SA-3-303
El ensamblaje SA-3-303 es la base donde se coloca el maquinis a. Comp ende la placa del pie ase a, el
conjun o de la palanca de e e sa, los escalones ase os y el depósi o de combus ible (el p oceso de
ensamblado de es a pa e se encuen a en el apa ado siguien e).
Figu a 168. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-3-303
El mé odo de ensamblaje no di ie e de los ya comen ados. P ime o se ija en el espacio la placa de pie y
pos e io men e se an añadiendo el es o de piezas alineando las pe o aciones e imponiendo es icciones de
con ac o en e sus supe icies.
5.3.11 SA-3-304
El ensamblaje SA-3-304 es esencial pa a el sis ema de combus ible, in eg ando el anque de combus ible y la
ál ula de bombeo.
Figu a 169. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-3-304
103
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
Se pa e de la ijación en el espacio del p opio anque. Sguidamen e, se alinea la ál ula con su pe o ación
co espondien e (la si uada a la izquie da sob e la sipe icie supe io , si uándonos delan e del anque), ya que
dicha ál ula es á diseñada en o ma ubula . En es e caso, pa a in oduci la ál ula en el anque, no se
pueden emplea es icción de coincidencia, ya que no exis e con ac o en e sus supe icies. Po ello, se usa una
es icción de dis ancia en e dos supe icies pa alelas de ambos componen es. El modo de uso es simila a la
de coincidencia, pe o es necesa io añadi la dis ancia en e ambas supe icies. Dicha dis ancia no iene
especi icada en los planos del modelo [1], po lo que se ajus a obse ando las imágenes p opo cionadas,
in en ado que se asemeje lo máximo posible.
5.3.12 SA-3-305
El ensamblaje SA-3-305 si e pa a con ola la ma cha, in eg ando el sopo e de la palanca de e e sa y la
p opia palanca.
Figu a 170. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-3-305
Como podemos obse a , es á o mado po dos pa es, el sopo e y la palanca. Pa a su ensamblado, p ime o
ijamos el sopo e en el espacio y, pos e io men e, alineamos el pe no del pun o de gi o (ya implemen ado en
el sopo e) con la pe o ación p epa ada en la palanca. Finalmen e, pa a coloca la palanca en su posición inal,
imponemos una es icción de coincidencia en e la ca a in e io de la cabeza del pe no de gi o, con la
supe icie on al de la palanca, de modo que quede al y como se mues a en la igu a. En es e ipo de
ensamblajes, hay que asegu a se de que la composición de los elemen os es co ec a, ya que pod ía pasa que
la palanca queda a o ien ada hacia abajo o ue a de la guía de mo imien o y aún así, espe e las es icciones
impues as. De se así, hab ía que u iliza las he amien as de mo imien o pa a ecoloca los elemen os lo más
p óximos posible a la posición inal. De es a mane a, al ac ualiza el ensamblado, quedan odos los
componen es ijados en la posición co ec a.
Ensamble y ende izado
104
5.3.13 SA-3-310
El ensamblaje SA-3-310 es la in eg ación de a ios subconjun os ensamblados an e io men e.
Figu a 171. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-3-310
Se pa e de la ijación de uno de los subconjun os en el espacio pa a abaja sob e el mismo. Se escoge como
elemen o base el de mayo amaño, SA-2-205. Sob e el mismo se coloca:
- SA-3-302: Se alinean las pe o aciones de la placa base de la misma con las de las escuad as del
chasis de la locomo o a, si uándola encima del componen e ijado y con la o ien ación co ec a.
Seguidamen e se impone una es iccion de coincidencia en e la supe icie in e io de la placa y la
supe icie supe io del chasis.
- SA-3-303: Exac amen e igual que el subconjun o an e io .
- La pieza 3-13: Fo ma pa e del sis ema de in e sión de ma cha, uniendo la palanca si uada en la
cabina con el sis ema de asmisión. Su ensamblaje esul a sencillo, basándose en alineación de
pe o aciones y es icciones de coincidencia en e supe icies.
105
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
5.3.14 SA-4-401
El ensamblaje SA-4-401 comp ende la cáma a de uego y la p opia calde a. Du an e el uncionamien o de la
locomo o a, es e ensamblaje es á en con ac o con los luidos de abajo en odas sus ases; agua líquida y
apo , y el gas de la combus ión del ca bón. Debe ga an iza la es anqueidad del sis ema, po lo que la mayo ía
de las uniones en e las piezas se ealiza po soldadu a.
Como se puede obse a en la Figu a 172, odas las piezas que lo con o man se ca ac e izan po se ubula es
o con ene pe o aciones, po lo que con ienen ejes logi udinales que si en pa a impone las es icciones
necesa ias.
Además, en cuan o a los ma e iales, las piezas es án modeladas en b once (b onze), la ón, (b ass) y cob e
(coppe ). Es os ma e iales se u ilizan en las piezas en con ac o con líquidos y apo es, debido a sus excelen es
p opiedades de esis encia a la co osión y du abilidad. Disponen de una no able capacidad pa a esis i la
oxidación y la co osión en ambien es húmedos y con p esencia de sus ancias químicas, lo que los hace ideales
pa a aplicaciones en sis emas de in e cambiado es de calo y componen es de maquina ia. Además, su al a
conduc i idad é mica con ibuye a la e iciencia en la ans e encia de calo .
Figu a 172. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-4-401
Se pa e ijando el ubo p incipal en el espacio (4-01), cuya unción es con ene el agua líquida, en un
p incipio. Pa a coloca el es o de piezas, el p oceso no di ie e de lo comen ado en o os apa ados. Se u ilizan
los ejes longi udinales pa a impone es icciones de alineación y es iciones de coincidencia en e las
supe icies de con ac o. De es a mane a, siguiendo el o den adecuado, se ensambla el conjun o comple o.
En los casos de las piezas 4-04, 4-07 y 4-08, en las que una o ambas supe icies del con ac o son cu as, dichas
es icciones no se pueden ija . Po ello, se emplean las he amien as que pe mi en mo e las piezas en el
espacio, pa a que una ez alineadas po los ejes, desplaza las po el mismo has a si ua las en la posición
co ec a, dando así luga al con ac o deseado.
El o den seguido pa e de añadi las piezas que ac úan como “ apa” de los cilind os longi udinales, así como
los elemen os semi ubula es de la pa e ase a, que con o man la ca casa de la camá a de uego y el sis ema de
dis ibución del apo . Finalmen e se implemen an las ube ías in e nas y los sis emas de conexión de la zona
ase a.
En la siguien e igu a, se mues a desde o o ángulo el ensamblaje modelado, además de habe se ocul ado la
pieza 4-01, co espondien e con la ca casa del anque de agua líquida, pa a pode obse a la disposición de las
ube ías den o del conjun o.

Ensamble y ende izado
106
Figu a 173. Imagen ende izada del in e io del conjun o SA-4-401
5.3.15 SA-4-402
El ensamblaje SA-4-402 es esencial pa a el moni o eo y con ol de los ni eles de agua en la calde a de la
locomo o a de apo . Conec a el ubo que ae el agua líquida desde el anque, con el disposi i o de medición
de p esión.
Figu a 174. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-4-402
La o ma de ensamblaje consis e en ija en el espacio el ubo anspa en e (4-11), y añadi a cada uno de los
ex emos las conexiones en “L” y los elemen os de ap ie e (4-12) median e alineación de ejes y es icciones
de con ac o.
Pa a que el ubo sea anspa en e y pode e así el ni el del agua, se es ablece como ma e ial el id io (Glass),
al y como se indica en los planos del modelo [1].
107
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
5.3.16 SA-4-405
El ensamblaje SA-4-405 in eg a el sis ema de la calde a (SA-4-401) con elemen os complemen a ios. Dichos
elemen os se co esponden con ál ulas y ube ías secunda ias, así como la pue a de acceso a la cáma a de
uego que pe mi e in oduci el ca bón en la misma y la base del sis ema silba o.
Figu a 175. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-4-405
Pa a ensambla el conjun o, uel e a se de g an u ilidad los ejes longi udinales, po la o ma ubula o
semi ubula de las piezas o pa e de las mismas. Po es e mo i o, el p oceso seguido se basa en alineación de
ejes y coincidencia de supe icies.
Des acan las piezas 4-13 y 4-14 modeladas en la ón (B ass), que en uel en la pa e ase a del conjun o
ce ando he mé icamen e la cáma a de uego median e pins, siendo es as piezas las únicas del p esen e
ensamblaje que equie en es e ipo de unión.
En el caso de la pue a de acceso a la cáma a de uego (4-19), el mé odo de colocación es simila al de la
pue a del ensamblaje SA-3-301, básandose en el sis ema de bisag as.
Ensamble y ende izado
108
5.3.17 SA-4-410
Pa a ealiza el ensamblaje del SA-4-410, que incluye los ensamblajes SA-4-405 y SA-3-310 jun o con los
o nillos, se u ilizan es icciones de alineación en e el anque de agua y el o i icio ase o de la cáma a de
gases, ensamblado p e iamen e en el SA-3-310, y es icciones de dis ancia en e la ca a ase a de la cáma a
de uego y la ca a delan e a del anque de combus ible, ajus ándola poco a poco has a coloca la en su luga , ya
que en los planos [1] no se especi ica dicha dis ancia. Además, pa a ga an iza que la colocación es co ec a, se
impone una es icción de ángulo en e la ca a la e al de la cáma a de uego y cualquie a de las supe icies
ho izon ales del conjun o ensamblado has a el momen o, ijando dicho ángulo en 90º pa a ga an iza la
pe pendicula idad.
Al igual que en el es o de ensamblajes, puede ocu i que la o ien ación de sus componen es no sea la
co ec a pe o se espe en las es icciones. De nue o, se puede hace uso de las he amien as de mo imien o
pa a cambia la dis ibución y, pos e io men e, ac ualiza el ensamblaje pa a que quede mon ado
adecuadamen e.
Figu a 176. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-4-410
5.3.18 SA-5-501
El ensamblaje SA-5-501 se co esponde con el depósi o de agua. Es e se mon a sob e el anque de la calde a,
po lo que su sección iene o ma de semico ona.
Figu a 177. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-5-501
El p oceso de ensmablado se basa en la ijación en el espacio del p opio anque. Pos e io men e se mon a la
apa supe io , con el mismo mé odo que en la apa del ensamblaje SA-3-301. Finalmen e en la pa e in e io ,
se añade la ube ía de conexión (5-03), que pe mi e que el agua se man enga al mismo ni el a ambos lados del
depósi o, jun o con las ue cas de ap ie e, median e es icciones de alineación y coincidencia.
109
Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
5.3.19 SA-5-502
El ensamblaje SA-5-502 es el conjun o de ace o que en uel e y p o ege el compa imen o del maquinis a,
o eciendo pa edes la e ales, on al, ase a y un echo. Además, dispone de una placa si uada a la al u a de
isión de los ipulan es. En e sus unciones, des aca la de e i a que el humo p oceden e de la chimenea en e
en es e espacio y cause posibles p oblemas. Aún así, es á diseñada pa a pe mi i la isión del maquinis a y
ene acceso al mecanismo silba o median e amplios huecos en los ex emos supe io es.
Figu a 178. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-5-502
Es e ensamblaje, al igual que en la mayo ía de los ya explicados, se basa en alineación de pe o aciones y
es icciones de coincidencia en e supe icies planas. En el caso del echo, al se supe icies cu as, el
con ac o se impone median e el desplazamien o manual del mismo una ez se encon aba alineado,
ace cándolo lo máximo posible has a conside a que se p oduce adecuadamen e el con ac o.
La unión de odos sus componen es se ealiza median e pins.
5.3.20 SA-5-505
El ensamblaje SA-5-505 se co esponde con el ensamblaje inal del modelo. Se basa en añadi al SA- 4-410,
los dos conjun os comen ados an e io men e, el SA-5-501 y el SA-5-502.
Figu a 179. Esquema [1] e imagen ende izada del conjun o SA-5-505
El mé odo no di ie e de lo ya comen ado en a ias ocasiones, empleándose es icciones de alineación en e
pe o aciones y es icciones de con ac o en e supe icies.
En es e caso, las uniones se ealizan median e o nillos (sc ews).
Animación
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Figu a 191. Res icción de deslizamien o (P isma ic Join ) en guiado de pis ón
En la Figu a 192, se obse a o a es icción de deslizamien o, pe o en es e caso en e el Expansion
Link y el Die Block, que pe mi e que el bloque se desplace de mane a con olada a lo la go del pe il
lineal de la guía. Es e mo imien o es cla e en el mecanismo de ansmisión de la locomo o a, ya que
egula el cambio en la di ección del apo y ajus a la ma cha de la locomo o a con un mo imien o
sua e.
Figu a 192. Res icción de deslizamien o (P isma ic Join ) en e el Expansion Link y el Die Block
Se es ablece una es icción conducida de e olución en e el Expansion Link y el chasis (Figu a 193),
lo cual es esencial pa a el uncionamien o del mecanismo. Es a es icción es conducida po que el
Expansion Link ac úa como un p oduc o indi idual que es á en con ac o di ec o con el elemen o
ijado, lo que pe mi e que su mo imien o gi e al ededo de un eje de inido.
Figu a 193. Res icción conducida de e olución (Re olu e Join ) en e el Expansion Link y el chasis
Se aplica una es icción plana en e la ál ula deslizan e y el compa imen o que la albe ga, el cual

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Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
es á con enido en el mismo p oduc o que el chasis. Es a es icción plana es undamen al pa a
asegu a que la ál ula se desplace de mane a con olada den o de su compa imen o, limi ando su
mo imien o a un plano especí ico. Al es ablece es a es icción, se ga an iza que la ál ula man enga
su o ien ación y posición co ec a mien as se ac i a y desac i a.
Figu a 194. Res icción plana (Plana Join ) en e la álcula deslizan e y su compa imen o
La es icción de igidez mos ada en la Figu a 195 en e el sopo e de la palanca de in e sión
( e e sing le e s and) y el chasis, es c ucial pa a ga an iza la es abilidad y la du abilidad del sis ema.
Es a es icción asegu a que el sopo e de la palanca es é i memen e ijado al chasis, e i ando
cualquie mo imien o indeseado que pod ía a ec a la uncionalidad de la palanca de in e sión.
Figu a 195. Res icción de conexión (Rigid Join ) en e el chasis y el e e sing le e s and
La es icción de o ación conducida (Figu a 196) en e la palanca de in e sión ( e e sing le e ) y su
accionado si e únicamen e pa a simula el accionamien o manual del mecanismo. Es a es icción
pe mi e que el accionado gi e al ededo de un eje especí ico, eplicando el mo imien o que el
maquinis a ealiza ía al manipula la palanca de in e sión. Debe se una es icción conducida pa a
pode mo e lo independien emen e del es o del mecanismo y, de es a mane a, una simulación ealis a
del p oceso.
Figu a 196. Res icción de e olución (Re olu e Join ) en e el e e sing le e y su accionado
Animación
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Mecanismo BOCINA
En la Figu a 197, se obse a la es icción de e olución conducida en el mecanismo silba o que ige
el e ec o palanca sob e el pun o de apoyo. Es a es icción pe mi e que la palanca gi e de mane a
con olada, eplicando el mo imien o que se equie e pa a acciona el silba o. Al se una es icción
conducida, asegu a que cualquie o ación de la palanca es é sinc onizada con el uncionamien o del
sis ema, ga an izando así un con ol e ec i o sob e el mecanismo.
Figu a 197. Res icción conducida de e olución (Re olu e Join ) en el mecanismo silba o
La es icción de deslizamien o en e el sopo e del silba o y la pieza 4-09.3 de la Sa e y al e es
undamen al pa a pe mi i el mo imien o con olado del mecanismo. Es a es icción con ola que las
piezas mó iles de la ál ula desa ollen el mo imien o e ical ca ac e ís ico. Es cla e pa a la
uncionalidad del sis ema, ya que pe mi e la ac i ación y desac i ación del silba o de mane a e ec i a,
sin comp ome e la es abilidad del ensamblaje.
Figu a 198. Res icción de deslizamien o (P isma ic Join ) en el mecanismo silba o
En es e pun o se han comen ado las es icciones más ca ac e ís icas del modelo, des acando aquellas
conducidas que conec an los elemen os mó iles con el chasis ijado. Es as es icciones son
undamen ales pa a el uncionamien o adecuado del mecanismo, ya que asegu an que los
mo imien os de las piezas es én coo dinados y espondan de mane a p ecisa a las in e acciones
eque idas. Además, se ha p esen ado al menos una es icción de cada ipo, lo que p opo ciona una
isión gene al del conjun o de elaciones que igen el compo amien o del modelo. Sin emba go, es
impo an e señala que exis en muchas más es icciones den o del p opio mecanismo que
con ibuyen a su ope a i idad y complejidad. Es as es icciones adicionales son cla e pa a un
uncionamien o luido y e icien e, y e lejan la iqueza del diseño y la ingenie ía de ás del modelo.
6. C eación de la simulación.
Una ez es ablecidas co ec amen e las es icciones necesa ias, apa ece á en la pan alla un mensaje
indicando que el mecanismo puede se simulado. Po an o, el siguien e paso es c ea las
simulaciones. Pa a ello buscamos la he amien a Simula ion, cuyo símbolo son dos eng anajes, al y
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Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
como se puede obse a en la Figu a 199.
Al igual que du an e la c eación de los mecanismos, se han c eado dos simulaciones, una pa a cada
sis ema.
Figu a 199. C eación de las simulaciones
7. C eación de secuencias de animación.
Se p ocede a c ea secuencias de animación paso a paso, u ilizando el gene ado de secuencias. Cada
acción y eacción de los componen es se p og ama inse ándolo en la simulación, pa a ep esen a el
ciclo de uncionamien o de la locomo o a.
Pa a ello, se comienza ijando los angos de uncionamien o de cada es icción conducida (po
ejemplo, la Command.1 co esponde al mo imien o de gi o de las uedas espec o a la pla a o ma
base de la locomo o a, po lo que el ango a desde 0 has a los 360º). Seguidamen e, se coloca cada
es icción en el alo que se desea y se inse a en la simulación. De es a mane a, inse ando alo es
de inicio y inal, el p og ama c ea el mo imien o pa a lle a los alo es iniciales a los inales, dando
luga a la simulación comple a.
Figu a 200. In e az de c eación de las secuencias
Es e p oceso pe mi e no solo isualiza cómo in e ac úan las pa es mecánicas, sino ambién alida el diseño
y op imiza el endimien o ope a i o de la locomo o a an es de la ab icación.
Se ha c eado un ídeo donde se mues a el uncionamien o de los di e en es mecanismos del modelo. Pa a
accede al mismo, man én la ecla ‘c l’ y pulse aquí.
Animación
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Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
7 ESTUDIO TÉRMICO
l sis ema de p ecalen amien o del agua es una pa e c ucial en el uncionamien o e icien e de las
locomo o as de apo . Su p incipal unción es ap o echa el calo de los gases de escape de la
combus ión pa a aumen a la empe a u a del agua de la calde a, mejo ando así la e iciencia é mica y
educiendo el iempo necesa io pa a gene a apo . Es a mejo a en la e iciencia no solo con ibuye a un mejo
endimien o de la locomo o a, sino que ambién ayuda a educi el consumo de combus ible y las emisiones.
En el con ex o de las locomo o as de apo , donde la e iciencia ene gé ica es de suma impo ancia, el análisis
é mico del sis ema de p ecalen amien o del agua pe mi e op imiza su diseño y ope ación. Es e análisis
p opo ciona una comp ensión de allada de cómo se dis ibuye el calo den o del sis ema y cómo se pueden
mejo a las condiciones de ans e encia é mica.
El obje i o de es e es udio es ealiza un análisis é mico de allado del sis ema de p ecalen amien o del agua
u ilizando el so wa e ANSYS Fluen . Pa a lle a a cabo es e es udio, se ha desa ollado un modelo geomé ico
del sis ema de p ecalen amien o, donde se han aplicado condiciones de con o no ealis as y se han u ilizado
p opiedades é micas p ecisas de los ma e iales. El análisis se cen a á en la dis ibución de empe a u a den o
del sis ema, p opo cionando una isión comple a del compo amien o é mico del mismo.
7.1 Me odología
En los siguien es apa ados, se ecoge el p oceso ejecu ado pa a lle a a cabo el es udio. Dicho p oceso
comp ende desde el modelado del sis ema de p ecalen amien o a amaño eal, has a la con igu ación del
so wa e y la ex acción de los esul ados.
Pa a es ablece un con ex o, el p esen e es udio se ha ealizado conside ando condiciones ípicas de ope ación
del sis ema de p ecalen amien o de agua de una locomo o a, seleccionando pa áme os ep esen a i os pa a
ga an iza un análisis ealis a. La empe a u a inicial del agua se ha ijado en 15°C (288 K), ya que es e alo
co esponde a una condición habi ual en climas emplados y e leja la empe a u a ap oximada del agua
almacenada an es de ing esa al sis ema de p ecalen amien o.
Po o o lado, la empe a u a del gas calien e de en ada se ha es ablecido en 500°C (773 K), dado que es e
alo es ca ac e ís ico de los gases de escape en mo o es diésel de locomo o as, los cuales se u ilizan
ecuen emen e como uen e de ene gía é mica pa a calen a el agua en sis emas de ecupe ación de calo .
Finalmen e, se ha conside ado una elocidad del gas de 20 m/s, ya que es e ango de elocidad es común en
los lujos de escape de locomo o as y iene un impac o signi ica i o en la e iciencia del in e cambio é mico.
Una elocidad ele ada mejo a la ans e encia de calo po con ección, op imizando el p oceso de
p ecalen amien o del agua an es de su uso en el sis ema de la locomo o a. La selección de es os alo es
pe mi e e alua con p ecisión el endimien o é mico del sis ema en un escena io ep esen a i o de su
ope ación eal.
En los siguien es apa ados se ecogen dos es udios é micos: uno en 3D, que pe mi e e alua la e ec i idad del
sis ema, y o o en 2D, que mues a el impac o de di e en es ma e iales de ab icación de la calde a,
compa ando una calde a de cob e (al a conduc i idad é mica) con una de o o ma e ial me álico de baja
conduc i idad, como el i anio, pa a analiza el endimien o del sis ema en di e en es condiciones de
ans e encia é mica.
E
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Es udio é mico
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7.2 Es udio é mico 3D
7.2.1 C eación del modelo en Ca ia V5
Pa a la ealización del es udio, se ha modelado el sis ema en CATIA V5, diseñando las p incipales piezas
in oluc adas con la ayuda de los planos o iginales [1], escalando cada una de las piezas a amaño eal.
Es e sis ema es á o mado po 3 ubos dispues os de o ma que a a iesan longi udinalmen e el
anque de agua, conec ando la caja de uego con la chimenea, po donde ci culan los gases calien es
de la combus ión.
• Tanque y ube ías (Shell): Se han modelado como una única pieza, al es a ab icadas del mismo
ma e ial.
Figu a 201. Modelo del anque y ube ías en CATIA V5
Figu a 202. De alle in e io del anque y ube ías
• Gas calien e (Ho Fluid): Se ha gene ado un olumen ep esen a i o del gas calien e a a és de las 3
ube ías.
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Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
Figu a 203. Rep esen ación del gas calien e en el modelo
• Agua (Cold Fluid): Se ha de inido la zona que con iene el agua den o del sis ema.
Figu a 204. Rep esen ación del agua en el modelo
• Modelo ensamblado: Se han in eg ado odas las pa es en un ensamblaje inal.
Figu a 205. Modelo ensamblado en CATIA V5
Es udio é mico
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Figu a 206. Vis a in e io del modelo ensamblado
An es de p ocede con la simulación en ANSYS, el modelo debe expo a se en o ma o .STP pa a su pos e io
impo ación.
7.2.2 C eación del p oyec o y módulo Geome y
Pa a comenza con el es udio, lo p ime o que se debe hace es c ea un p oyec o nue o en el so wa e. Es e
p oceso empieza ejecu ando Ansys en modo adminis ado , lo cual pe mi e que el p og ama acceda a odos los
ecu sos necesa ios del sis ema de mane a óp ima.
Una ez den o del p og ama, el p ime paso en ANSYS Wo kbench es ab i el módulo Geome y,
donde se impo a el modelo p e iamen e gene ado en CATIA V5. Una ez ca gado el modelo, se
debe edi a pa a co egi su o ien ación y ealiza las modi icaciones necesa ias. Al hace clic de echo
sob e Geome y, se elige la opción "Edi Geome y in DesignModele ”. Es a acción ab i á el modelo en el
en o no de Design Modele .
7.2.2.1 Co ección de O ien ación
Al impo a el modelo en ANSYS, es habi ual que apa ezca gi ado, po lo que es necesa io aplica una
o ación de 90 g ados pa a posiciona lo co ec amen e en el sis ema de coo denadas.
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Modelado y animación en Ca ia V5 de una máquina de apo “SPIRIT FIRED KERR-STUART”
Figu a 207. Aplicación de la o ación de 90° en ANSYS
Además, es undamen al selecciona odas las pa es y combina las en una sola en idad median e la
opción "Fo m New Pa ".
Figu a 208. C eación de única en idad con Fo m New Pa
Pos e io men e, se deben de ini las egiones luidas y sólidas del modelo pa a ga an iza que el
so wa e las econozca co ec amen e en la simulación.
• Región sólida: Es uc u a ija del anque y ube ías.
• Regiones luidas: Zonas donde ci cula el gas calien e y el agua.