Prueba de BCQ Durabilidad

La prueba de evaluación de chasis de un vehículo, BCQ por sus siglas en ingles (Body Chasis Qualificaton), sirve para verificar la estructura del mismo y validar su integridad y comportamiento cuando se somete a cargas extremas, estas cargas son debidas a condiciones de terreno irregulares, baches, topes, y toda clase de condición que sugiera una fuerza aplicada al cuerpo del vehículo.

Para el caso especifico de este estudio, se somete un vehículo sub-compacto armado con el sistema de GNC a una prueba de BCQ, esta prueba tiene una duración de 1800 ciclos y 100,000 kilómetros, de los cuales el 70% es terreno irregular y 30% carretera. Al término de la prueba se procede a verificar los torques residuales en los tornillos que fijan los soportes del tanque de GNC a la carrocería del vehículo encontrando que no existe cambio con respecto a los torques especificados.

Una vez que se verifican torques, los componentes se retiran del vehículo y son analizados por un laboratorio para verificar que no existan fallas por esfuerzo o grietas en el material que pudieran indicar fatiga en los componentes, en la figura 5.54, 5.55 y 5.56 se muestran los resultados del análisis del laboratorio.

(A) (B) Figura 5.54 Análisis de falla en Soporte S1 y S2 aplicación de líquidos penetrantes.

Las figuras anteriores muestran el zonas donde se aplica la técnica de líquidos penetrantes para buscar fallas en el material, específicamente se puede observar en la figura del lado izquierdo la base del soporte S1 y en el lado derecho se muestra una soldadura ubicada en la zona donde se ensambla el soporte S2 con uno de los sujetadores del tanque S6. En estas zonas es donde se registran los esfuerzos más críticos en el análisis de elemento finito para estos componentes.

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Otro aspecto importante a analizar son las uniones por soldadura, en las siguientes figuras se muestra el resultado del análisis por líquidos penetrantes alrededor de las soldaduras de arco donde no se encuentran grietas ni fallas.

Figura 5.55 Análisis de falla en soldaduras aplicación de líquidos penetrantes. Para el caso de las soldaduras por punto, tampoco se encuentran discontinuidades ni fallas en el material ni en las soldaduras.

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Este análisis también se aplica al tanque de gas natural comprimido, en la figura 5.57, se observa el tanque usado en la prueba de BCQ, el cual, después de analizarlo en laboratorio, no muestra evidencia de fatiga o esfuerzos en el material que lo compone.

Figura 5.57 Análisis de falla en el tanque - Aplicación de líquidos penetrantes.

Así también la carrocería del automóvil es evaluada para conocer los efectos sobre la estructura del vehículo, causados por la instalación de los soportes del tanque de gas natural comprimido, encontrando que no se presentan muestras de fatiga ni grietas por esfuerzo, como se puede ver en la siguiente imagen.

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VIII. Conclusiones

Una vez terminada la fase de pruebas, es posible analizar los resultados y emitir una conclusión objetiva para el diseño propuesto en este trabajo de tesis en base al comportamiento real del soporte en situaciones de carga normales y de impactos, para poder así evaluar la manera en la que se resuelve el problema de ingeniería planteado al inicio de este documento.

Con la finalidad de separar los tipos de situaciones de carga a las que pueden ser sometidos los soportes del tanque de GNC, estas conclusiones se separan para revisar el resultado en dos casos de análisis diferentes: el caso 1 cargas normales de operación y el caso 2 que se enfoca en los resultados para el comportamiento en un fenómeno de impacto y que se puede denominar como dinámico.

El caso 1, se refiere a una situación de uso normal del vehículo, es decir, se evalúa el desempeño de los soportes del tanque bajo condiciones normales de operación de un automóvil excluyendo casos de impacto, esto comprende el funcionamiento de los componentes para soportar el peso del tanque mientras el vehículo se mantiene en movimiento, en este caso los soportes del cilindro deberán resistir las cargas que genera el movimiento del vehículo mientras este se desplaza.

El caso 2, se enfoca en el caso de un impacto del vehículo y las fuerzas que este evento genera sobre los soportes diseñados y validados en este documento.

Conclusiones para el caso 1, cargas normales de operación.

Mientras cualquier persona conduce su automóvil, se puede encontrar con obstáculos en el camino que lo obliguen realizar maniobras para evitarlo, como el frenar rápidamente, o cambiar la dirección del automóvil súbitamente para esquivar, todas estas representan fuerzas de inercia que actúan sobre todos los cuerpos que se encuentren en el vehículo, también hay otras situaciones que generan fuerzas de inercia considerables como pueden ser vados, topes, y baches que se encuentren en el camino del conductor. La magnitud de estas fuerzas de inercia depende de la velocidad a la que se encuentre el automóvil y de la masa de los componentes sobre los que actúa. El objetivo funcional del soporte del tanque de gas natural comprimido es soportar todas estas fuerzas, no importa la dirección o el sentido que tengan, y mantener el cilindro de gas en su posición dentro del compartimiento de carga del vehículo, asegurando de esta manera la integridad del sistema de combustible a gas y la seguridad de los ocupantes del vehículo.

A lo largo del capitulo 3 se presenta el diseño final obtenido después de varios análisis de elementos finitos y después de varias modificaciones a la geometría, para mejorar el desempeño del soporte hasta obtener un balance apropiado entre funcionalidad, factibilidad, seguridad, costos de herramentación y costo de cada pieza, desde el punto de vista de ingeniería en el capitulo 4 se muestran todos los estudios, y consideraciones necesarias para determinar si el diseño es lo suficientemente robusto para soportar el

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peso del cilindro debido a las fuerzas que actúan sobre el, cuando el vehículo se desplaza.

Todas estas consideraciones, bajo las cuales se define el diseño final, y todos estos análisis de elementos finitos para ubicar los esfuerzos más críticos en el diseño y simular el comportamiento real del soporte, tienen una validación experimental sólida y con un alto nivel de confiabilidad a través de los resultados que nos arroja la prueba de evaluación de carrocería mencionada en este trabajo de tesis en el punto 1.5.2 y 5.5. Esta prueba de durabilidad se puede considerar como un envejecimiento acelerado de 150,000Km en el vehículo, la cual utiliza un ciclo de carga máxima definido por el tipo de camino y su ruta de obstáculos que en conjunto generan fuerzas aplicadas a un soporte real de prueba, fabricado con herramentales suaves, instalado en un vehículo de producción final piloto, nos da un resultado satisfactorio.

En conclusión el diseño es suficientemente bueno para la aplicación en donde esta designado y resuelve el problema de ingeniería de forma total, debido a que logra mantener el tanque de GNC en su posición sin presentar evidencia de fatiga en sus componentes así como también en los componentes que forman el piso trasero del vehículo que es donde se instalan.

Conclusiones para el caso 2, Caso de impacto.

A diferencia del caso anterior la seguridad de los ocupantes ahora se convierte en la prioridad más alta, por lo que se busca cumplir con estándares de seguridad internacionales en específico con el FMVSS 301 y 303, que se refieren a la integridad del sistema de gasolina y gas natural respectivamente en un impacto vehicular. Estos estándares se aplican a los 4 tipos de impactos que se definen como mas severos para este caso de estudio, como son el frontal, lateral izquierdo, trasero y frontal contra una barrera inclinada a 30° con respecto a la vertical.

En el capitulo 5 se muestra el proceso de validación del diseño que se sigue para cumplir con los estándares descritos, básicamente lo que se busca es que el sistema de combustible no se dañe de manera que derrame gasolina o gas natural después del impacto, y en el caso especifico de este problema de ingeniería de este trabajo de tesis, se busca que el tanque se mantenga en su lugar en todo momento, para no lastimar a algún ocupante. Esto significa que el soporte debe ser capaz de soportar las fuerzas generadas durante un evento de colisión como los descritos anteriormente.

Para asegurarnos que tales efectos se cumplan, se prueban los soportes mediante simulaciones de impactos en un dispositivo de deslizamiento como el mencionado en el capitulo 1.5, hasta obtener un comportamiento aceptable desde el punto de vista de la seguridad de los pasajeros del vehículo, estas pruebas se pueden observar a detalle en el punto 5.5.

Una vez que se asegura que el soporte es lo suficientemente robusto para soportar estas aceleraciones y fuerzas generadas durante este tipo de eventos, es necesario volver a probar los soportes en una prueba de impacto de vehículo completo, las cuales se detallan en la sección 5.4 y las cuales nos dan resultados completamente

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satisfactorios, ya que como se puede observar en dicha sección, el soporte es capaz de mantener el tanque en su lugar aun bajo las mas severas pruebas comprendidas en el estándar FMVSS.

A lo largo del capitulo 5, se puede observar un buen comportamiento del soporte aun cuando este es sometido a las pruebas mas agresivas indicadas en el estándar internacional de seguridad e impactos, por todo lo anterior se puede concluir de manera positiva sobre el resultado satisfactorio del diseño desarrollado en este documento, teniendo un alto porcentaje de confiabilidad sobre la buena calidad del vehículo y la alta seguridad que ofrece a los pasajeros.

Debido a todo lo anterior el soporte se puede aprobar para la producción en línea de los vehículos a gas natural para los que fue diseñado, para después ser ofrecido a los clientes que requieren este tipo de vehículos, solucionando así el problema planteado desde el inicio de este documento, cumpliendo con el objetivo funcional y de seguridad planteado y cubriendo los aspectos de calidad y financieros internos de la compañía que comercializa el vehículo.

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