UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE QUEVEDO
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA
Proyecto de Investigación previo a la obtención del título de Ingeniero Mecánico
Título del Proyecto de investigación
“DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE ELEVACIÓN PARA PERSONAS CON MOVILIDAD REDUCIDA EN LOS AUTOBUSES DEL CANTÓN
QUEVEDO, PROVINCIA DE LOS RÍOS”
Autor
José Luis Yaguache Mayllazhungo
Director del Proyecto de Investigación
Ing. Rodger Benjamín Salazar Loor
Quevedo – Los Ríos – Ecuador 2021
DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE
DERECHOS
Yo, Jose Luis Yaguache Mayllazhungo, declaro que la investigación aquí descrita es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Técnica Estatal de Quevedo, puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
f.
_________________________________ José Luis Yaguache Mayllazhungo
CERTIFICACIÓN DE CULMINACIÓN DEL PROYECTO
DE INVESTIGACIÓN
El suscrito, Ing. Rodger Benjamín Salazar Loor Msc., Docente de la Universidad Técnica Estatal de Quevedo, certifica que el estudiante José Luis Yaguache
Mayllazhungo, realizó el Proyecto de Investigación de grado titulado “DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE ELEVACIÓN PARA PERSONAS CON MOVILIDAD REDUCIDA EN LOS AUTOBUSES DEL CANTÓN QUEVEDO, PROVINCIA DE LOS RÍOS”, previo a la obtención del título de Ingeniero Mecánico,
bajo mi dirección, habiendo cumplido con las disposiciones reglamentarias establecidas para el efecto.
f.
________________________________________________ Ing. Rodger Benjamín Salazar Loor Msc.
CERTIFICADO DEL REPORTE DE LA HERRAMIENTA
DE PREVENCIÓN DE COINCIDENCIA Y/O PLAGIO
ACADÉMICO
ING. RODGER BENJAMÍN SALAZAR LOOR, Msc. En calidad de director de
Proyecto de Investigación titulado “DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE
ELEVACIÓN PARA PERSONAS CON MOVILIDAD REDUCIDA EN LOS AUTOBUSES DEL CANTÓN QUEVEDO, PROVINCIA DE LOS RÍOS”, me
permito manifestar a usted y por intermedio a la Comisión Académica de la Facultad lo siguiente:
Que, el estudiante JOSÉ LUIS YAGUACHE MAYLLAZHUNGO egresado de la Facultad Ciencias de la Ingeniería, ha cumplido con las correcciones pertinentes, e ingresado su Proyecto de Investigación al sistema URKUND, tengo a bien certificar la siguiente información sobre el informe del sistema Anti-plagio con un porcentaje de 6%.
f.
__________________________________________ Ing. Mec. Rodger Benjamín Salazar Loor Msc. DIRECTOR DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE QUEVEDO
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
TÍTULO:
“DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE ELEVACIÓN PARA PERSONAS CON MOVILIDAD REDUCIDA EN LOS AUTOBUSES DEL
CANTÓN QUEVEDO, PROVINCIA DE LOS RÍOS”
Presentado al Consejo Directivo como requisito previo a la obtención de título de Ingeniero Mecánico.
Aprobado por:
__________________________________________
PRESIDENTE DEL TRIBUNAL DE TESIS Ing. Gabriel Alejandro Arellano Ortiz
______________________________ ______________________________
MIEMBRO DEL TRIBUNAL MIEMBRO DEL TRIBUNAL Ing. Cristian Paul Topa Chuquitarco Ing.Yusimit Karina Zamora Hernandez
QUEVEDO – LOS RÍOS – ECUADOR 2021
AGRADECIMIENTO
Por medio de este trabajo de investigación agradezco infinitamente y de manera primordial a Dios, por darme la vida y brindarme la salud necesaria para poder alcanzar este objetivo, por haberme dado unos padres maravillosos y sobre todo por guiarme por
el sendero correcto de la vida.
A mi padre Jose Yaguache, a mi madre Blanca Mayllazhungo y a mis hermanos y familiares, por ser un pilar fundamental en mi vida y fuente de motivación y apoyo, por
haberme inculcado en mis valores éticos y morales para ser día a día una persona que agrade a Dios y a la sociedad, y primordialmente por dejarme el mejor legado de la vida
que es la educación y la oportunidad de desarrollarme como profesional en la rama de Ingeniería Mecánica.
A cada uno de los docentes tanto de primaria, secundaria y universidad, que han impartido sus conocimientos para mi desarrollo y preparación en la vida educativa y profesional. A mi director de proyecto de investigación, Ing. Rodger Benjamín Salazar
Loor, por ser el guía principal en el desarrollo de este trabajo, quien, con sus conocimientos, su experiencia y su motivación ha logrado en mí que pueda culminar
con éxito este proyecto de investigación.
A la Universidad Técnica Estatal de Quevedo, por darme la oportunidad de estudiar y lograr alcanzar este título de Ingeniero Mecánico.
DEDICATORIA
Este Proyecto de Investigación y finalización de carrera se lo dedico primeramente a Dios porque todo se lo debo a él, a mis padres José Yaguache y Blanca Mayllazhungo quienes me trajeron a la vida, y que gracias a sus esfuerzos y dedicación me han brindado la oportunidad, ayuda y las herramientas necesarias para cumplir con la meta de ser un Ingeniero Mecánico. A mis hermanos por sus consejos y su apoyo moral. Por estar siempre en los momentos que como familia los necesite y por saber comprender la ausencia por motivos del estudio.
RESUMEN
Este proyecto de investigación realizó el diseño y simulación de un sistema de elevación incorporado en los autobuses para personas con movilidad reducida en el Cantón Quevedo, Provincia de Los Ríos. La importancia de este proyecto radica en brindar a las personas con movilidad reducida la oportunidad de formar parte de la sociedad a través del acceso a los servicios de transporte público, lo que les proporcionará oportunidades sociales, laborales y culturales disponibles para la población en general. Previo al diseño, se investigó la normativa existente para los sistemas de elevación, las definiciones y características de los tipos de accionamiento y la estructura metálica del elevador. Una vez finalizada la revisión bibliográfica, mediante el método de criterios ponderados se seleccionó el tipo de estructura metálica y el sistema de accionamiento que conformaría el sistema de elevación. Posteriormente, se realizó los cálculos de esfuerzos, deformaciones y factor de seguridad para cada elemento estructural del elevador, luego se efectuó el modelado y análisis por elementos finitos utilizando el software SolidWorks, del cual se obtuvo que los materiales de construcción seleccionados para cada elemento cumplieron con las condiciones de carga asignada; asimismo, los esfuerzos obtenidos en el análisis por elementos finitos no son mayores al límite de fluencia del material de construcción, por otro lado, las deformaciones y los factores de seguridad calculados para cada elemento estructural del elevador presentan valores de diseño aceptables. Finalmente se obtuvieron los planos de construcción de los elementos que conforman el sistema de elevación para personas con movilidad reducida.
Palabras claves: Sistema de elevación, Discapacidad, Sistemas Hidráulicos, Diseño
ABSTRACT
This research project carries out the design and simulation of an elevation system incorporated in buses for people with reduced mobility in the Canton of Quevedo, Province of Los Ríos. The importance of this project lies in giving people with reduced mobility the opportunity to be part of society through access to public transportation services, which will provide them with social, labor and cultural opportunities available to the general population. Prior to the design, the existing regulations for elevation systems, the definitions and characteristics of the drive types and the metallic structure of the elevator were investigated. Once the bibliographic review was completed, using the weighted criteria method, the type of metallic structure and the drive system that would make up the elevation system were selected. Subsequently, the calculations of stresses, deformations and safety factor for each structural element of the elevator were carried out, then the modeling and análisis by finite elements were performed using SolidWorks software, from which it was obtained that the construction materials selected for each element complied with the assigned load conditions; also, the stresses obtained in the finite element analysis are not greater than the creep limit of the construction material, on the other hand, the deformations and the safety factors calculated for each structural element of the elevator present acceptable design values. Finally, the construction drawings of the elements that make up the elevator system for people with reduced mobility were obtained.
TABLA DE CONTENIDO
DECLARACIÓN DE AUDITORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS ... i
CERTIFICACIÓN DE CULMINACIÓN DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN ... ii
CERTIFICADO DEL REPORTE DE LA HERRAMIENTA DE PREVENCIÓN DE COINCIDENCIA Y/O PLAGIO ACADÉMICO ... iii
AGRADECIMIENTO ... v
DEDICATORIA ... vi
RESUMEN ... vii
ABSTRACT ... viii
TABLA DE CONTENIDO ... ix
ÍNDICE DE TABLAS ... xvii
ÍNDICE DE GRÁFICOS ... xix
ÍNDICE DE ECUACIONES ... xxiv
ÍNDICE DE ANEXOS ... xxviii
CÓDIGO DUBLÍN ... xxix
GLOSARIO DE TÉRMINOS ... xxxi
1. INTRODUCCIÓN ... 1
CAPÍTULO I ... 3
CONTEXTUALIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ... 3
1.1. Problema de investigación. ... 4
Formulación del problema. ... 5
Sistematización del problema. ... 6
1.2. Objetivos. ... 6
1.2.1. Objetivo general. ... 6
Objetivos Específicos. ... 6
1.3. Justificación. ... 7
CAPÍTULO II ... 9
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DE LA INVESTIGACIÓN ... 9
2.1. Marco conceptual ... 10 Inclusión social ... 10 Discapacidad ... 10 Sistemas de elevación ... 10 Norma ... 10 Diseño mecánico... 11 Solidworks ... 11 2.2. Marco referencial ... 11
Diseño en ingeniería mecánica ... 11
2.2.1.1. Fases e interpretación del proceso de diseño ... 11
2.2.1.2. Consideraciones para el diseño mecánico ... 13
Discapacidad ... 14
2.2.2.1. Tipos de discapacidad ... 14
2.2.2.2. Personas con movilidad reducida ... 15
Normativa legal en la accesibilidad de las personas con movilidad reducida a los servicios de transporte público ... 15
2.2.3.1. Constitución Política del Ecuador ... 15
2.2.3.2. Reglamento a la Ley Orgánica de Discapacidades ... 16
2.2.3.3. Ley Orgánica de Tránsito, Transporte Terrestre y Seguridad Vial .... 16
2.2.3.4. Ordenanza Municipal ... 17
2.2.3.5. Instituto Ecuatoriano de Normalización (INEN) ... 17
Definición de silla de ruedas ... 18
2.2.4.1. Tipos de sillas de ruedas ... 18
2.2.4.2. Dimensiones de las sillas de ruedas ... 20
Vehículo de trasporte urbano ... 20
2.2.5.1. Normativa aplicada a los autobuses de transporte urbano ... 21
2.2.5.1.1. Materiales de la carrocería ... 21
2.2.5.1.2. Medidas externas del bus urbano ... 22
2.2.5.1.3. Medidas internas del bus urbano... 22
Elevadores para sillas de ruedas ... 23
Normativa de diseño de los elevadores para personas con movilidad reducida ... 23
CAPÍTULO III ... 25 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ... 25 3.1. Localización ... 26 3.2. Tipos de investigación ... 27 Investigación documental ... 27 Investigación diagnóstica ... 27 3.3. Métodos de investigación ... 27 Método Inductivo ... 27 Método analítico ... 27 Método bibliográfico ... 28
3.4. Fuentes de recopilación de información ... 28
3.5. Diseño de la investigación ... 28
Diseño no experimental ... 28
3.6. Instrumentos de investigación ... 28
3.7. Recursos humanos y materiales ... 29
Recursos humanos ... 29
Recursos materiales ... 29
3.7.2.1. Material de oficina ... 29
3.7.2.2. Material de cómputo (hardware) ... 30
CAPÍTULO IV ... 31
RESULTADOS Y DISCUSIONES ... 31
4.1. Resultados ... 32
Análisis de las normativas que regulan las características que debe contar los buses urbanos ... 32
Selección de alternativas para el elevador ... 34
4.1.2.1. Selección del sistema de elevación según su estructura mecánica ... 35
4.1.2.1.1. Alternativa A. (Elevador de silla de ruedas tipo tijera) ... 35
4.1.2.1.2. Alternativa B. (Elevador de silla de ruedas de brazos articulados) . ... 36
4.1.2.1.3. Alternativa C. (elevador para silla de ruedas tipo columna) ... 37
4.1.2.2. Selección del sistema de elevación según su accionamiento o sistema de fuerza ... 38
4.1.2.2.1. Alternativa A. (Elevador de silla de ruedas de accionamiento hidráulico) ... 38
4.1.2.2.2. Alternativa B. (Elevador de silla de ruedas de accionamiento electromecánico) ... 40
4.1.2.2.3. Alternativa C. (Elevador de silla de ruedas de accionamiento neumático) ... 41
4.1.2.3. Matriz de residuos ponderados ... 42
4.1.2.3.1. Criterios de evaluación para el diseño ... 43
4.1.2.3.2. Puntaje de evaluación establecida ... 43
4.1.2.4.1. Ponderación de las alternativas en función de la seguridad ... 44
4.1.2.4.2. Ponderación de las alternativas en función de la fabricación ... 45
4.1.2.4.3. Ponderación de las alternativas en función del impacto ambiental . ... 46
4.1.2.4.4. Ponderación de las alternativas en función del mantenimiento ... 47
4.1.2.4.5. Ponderación de las alternativas en función del costo ... 47
4.1.2.4.6. Conclusión del método de residuos ponderados ... 48
4.1.2.5. Ponderación de criterios de evaluación para el sistema de accionamiento ... 49
4.1.2.5.1. Ponderación de las alternativas en función de la seguridad ... 50
4.1.2.5.2. Ponderación de las alternativas en función de la fabricación ... 50
4.1.2.5.3. Ponderación de las alternativas en función del impacto ambiental . ... 51
4.1.2.5.4. Ponderación de las alternativas en función del mantenimiento ... 52
4.1.2.5.5. Ponderación de las alternativas en función del costo del sistema de accionamiento del elevador ... 52
4.1.2.5.6. Conclusión del método de residuos ponderados para el sistema de accionamiento del elevador ... 53
Diseño del elevador para las personas con movilidad reducida en los autobuses ... 54
4.1.3.1. Condiciones iniciales para el diseño del elevador ... 54
4.1.3.1.1. Datos para el Diseño del elevador ... 55
4.1.3.2. Cálculos realizados para el diseño del elevador ... 57
4.1.3.2.1. Determinación de las fuerzas que actúan en el elevador ... 57
4.1.3.2.2. Diseño de la plataforma ... 82
4.1.3.2.3. Análisis de la plataforma o piso del elevador. ... 119
4.1.3.1. Diseño del soporte de la plataforma ... 124
4.1.3.1.1. Diseño del pasador para el pistón inferior de la plataforma ... 136
4.1.3.2. Diseño de los brazos superiores e inferiores del elevador ... 145
4.1.3.2.1. Análisis estático del brazo del elevador ... 153
4.1.3.2.2. Resultados del análisis estático del brazo del elevador ... 156
4.1.3.2.3. Discusión del análisis estático del brazo del elevador ... 156
4.1.3.3. Diseño del soporte del elevador... 157
4.1.3.3.1. Análisis estático para el soporte del elevador ... 157
4.1.3.3.2. Selección de los pernos de sujeción para el soporte del elevador .... ... 162
4.1.3.4. Diseño del mecanismo del soporte de tensión ... 170
4.1.3.4.1. Análisis estático del mecanismo de soporte... 175
4.1.3.5. Selección de rodamientos para el elevador... 178
4.1.3.5.1. Selección de los rodamientos para el soporte de la plataforma . 178 4.1.3.5.2. Selección del rodamiento para el eje del soporte número dos de la plataforma ... 180
4.1.4.1. Selección del pistón superior ... 181
4.1.4.2. Selección del pistón inferior del elevador ... 184
CAPÍTULO V ... 186 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 186 5.1. CONCLUSIONES ... 187 5.2. RECOMENDACIONES ... 188 CAPÍTULO VI ... 189 BIBLIOGRAFÍA ... 189 6.1. Bibliografía ... 190 CAPITULO VII ... 194 ANEXOS ... 194
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Categorías más importantes de las consideraciones de diseño ... 13
Tabla 2. Requerimientos de hardware ... 30
Tabla 3. Requerimientos de software ... 30
Tabla 4. Características del espacio en los autobuses de transporte público ... 33
Tabla 5. Dimensiones de la puerta, peldaños y elevador para personas con movilidad reducida ... 34
Tabla 6. Evaluación del peso específico de cada criterio ... 44
Tabla 7. Evaluación de las alternativas en función de la seguridad ... 45
Tabla 8. Evaluación de las alternativas en función de la fabricación. ... 46
Tabla 9. Evaluación de las alternativas en función del impacto ambiental ... 46
Tabla 10. Evaluación de las alternativas en función del mantenimiento ... 47
Tabla 11. Evaluación de las alternativas en función del costo ... 48
Tabla 12. Conclusión de la selección de alternativas ... 48
Tabla 13. Evaluación del peso específico de cada criterio ... 49
Tabla 14. Evaluación de las alternativas en función de la seguridad ... 50
Tabla 15. Evaluación las alternativas en función de la fabricación para el sistema de accionamiento ... 51
Tabla 16. Evaluación de las alternativas en función del impacto ambiental ... 51
Tabla 17. Evaluación de las alternativas en función del mantenimiento ... 52
Tabla 19. Conclusión del método de residuos ponderados... 53
Tabla 20. Elementos que conforman el elevador para personas con movilidad reducida ... 56
Tabla 21. Resumen de las fuerzas que actúan en cada elemento... 82
Tabla 22. Relación de dimensiones para una placa apoyada en todos sus extremos... 91
Tabla 23. Criterio para esfuerzos de diseño-Esfuerzos normales directos ... 95
Tabla 24. Valores de cálculo del momento de inercia para el soporte de la plataforma ... 127
Tabla 25. Criterios de esfuerzo de diseño a corte ... 137
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico 1. Fases del proceso de diseño ... 12
Gráfico 2. Silla de ruedas manual ... 19
Gráfico 3. Silla de ruedas eléctrica ... 19
Gráfico 4. Medidas estándar de una silla de ruedas... 20
Gráfico 5. Transporte urbano con sistema de elevación para personas con discapacidad ... 21
Gráfico 6. Medidas del elevador o ascensor ... 24
Gráfico 7. Ubicación geográfica ... 26
Gráfico 8. Elevador tipo tijera ... 35
Gráfico 9. Sistemas de elevación de brazos articulados ... 36
Gráfico 10. Elevador de columna ... 38
Gráfico 11. Sistema Hidráulico ... 39
Gráfico 12. Motor eléctrico y grupo tractor del elevador ... 40
Gráfico 13. Elementos del sistema neumático ... 42
Gráfico 14. Sección estructural del autobús para la ubicación del elevador ... 55
Gráfico 15. Ubicación del elevador y sección de la estructura del autobús ... 56
Gráfico 16. Sistema de elevación para personas con movilidad reducida ... 57
Gráfico 17. Fuerza aplicada en el elevador y nodos de unión de los elementos ... 58
Gráfico 19. Triángulo oblicuángulo de los puntos G, H, y I ... 60
Gráfico 20. Triángulo oblicuángulo formado por los puntos F, G, E. ... 61
Gráfico 21. Diagrama de cuerpo libre de las fuerzas que actúan en el piso del elevador ... 63
Gráfico 22. Triángulos rectángulos formados en los brazos del elevador ... 69
Gráfico 23. Triángulo rectángulo formado por el pistón en su posición contraída ... 75
Gráfico 24. Configuración de los perfiles longitudinales y transversales de la plataforma ... 83
Gráfico 25. Diagrama de cuerpo libre de la carga uniforme ... 84
Gráfico 26. Diagrama de aplicación de la fuerza distribuida, fuerza de reacción y momento ... 86
Gráfico 27. Ejes de soporte de la plataforma del elevador ... 93
Gráfico 28. Masa de la plataforma o piso del elevador ... 94
Gráfico 29. Medidas en milímetros del eje de soporte 1 ... 97
Gráfico 30. Viga en voladizo con una carga en el extremo ... 98
Gráfico 31. Factor de modificación para el acabado superficial. ... 104
Gráfico 32. Factor de modificación del tamaño ... 105
Gráfico 33. Factor de modificación debido a la carga ... 106
Gráfico 34. Factor de modificación para la temperatura ... 106
Gráfico 35. Factor de modificación de la confiabilidad ... 107
Gráfico 37. Coeficiente de la fracción de resistencia a la fatiga ... 109 Gráfico 38. Medidas en milímetros del eje de soporte 2 ... 113 Gráfico 39. Estructura metálica, ejes de soportes y piso de la plataforma del elevador
... 120
Gráfico 40. Aplicación de las condiciones de contorno para el piso del elevador ... 121 Gráfico 41. Esfuerzo, deformación y factor de seguridad del piso del elevador ... 123 Gráfico 42. Soporte de la plataforma del elevador ... 125 Gráfico 43. Seccionamiento del perfil C ... 125 Gráfico 44. Valores de la constante K. ... 128 Gráfico 45. Soporte de la plataforma ... 133 Gráfico 46. Asignación de material y sujeciones ... 133 Gráfico 47. Asignación de la fuerza y mallado del elemento ... 134 Gráfico 48. Esfuerzo, deformación y factor de seguridad del soporte del elevador .... 135 Gráfico 49. Distribución de las fuerzas cortantes en el eje de soporte del pistón ... 137 Gráfico 50. Distribución de las fuerzas en el soporte de la ménsula ... 141 Gráfico 51. Asignación del material base y de las sujeciones para la ménsula ... 143 Gráfico 52. Asignación de la fuerza y de la malla para la mensual... 144 Gráfico 53. Esfuerzos, desplazamiento y factor de seguridad de la ménsula de soporte
del pistón ... 145
Gráfico 54. Masa total de los elementos adjuntos a los brazos del elevador... 146 Gráfico 55. Longitud útil del soporte del elevador ... 147
Gráfico 56. Dimensiones del perfil tipo C ... 148 Gráfico 57. Seccionamiento del perfil y ejes de centroide para cada sección ... 149 Gráfico 58. Modelado del brazo del elevador y asignación de material ... 153 Gráfico 59. Selección de la ventana de análisis, asignación del modo de sujeción y de la
fuerza, mallado del brazo superior ... 154
Gráfico 60. Esfuerzos, deformación y factor de seguridad del brazo del elevador ... 155 Gráfico 61. Soporte fijo del elevador ... 157 Gráfico 62. Pasos a ejecutar para acceder a la ventana de análisis estático ... 158 Gráfico 63. Asignación del material, del modo de sujeción, de la fuerza y del mallado
para el soporte del elevador ... 159
Gráfico 64. Esfuerzos, deformación y factor de seguridad del soporte del elevador .. 160 Gráfico 65. Características geométricas del perno de sujeción y sus accesorios
seleccionados ... 163
Gráfico 66. Mecanismo de soporte de la plataforma ... 171 Gráfico 67. Medidas de la sección transversal del mecanismo de soporte ... 172 Gráfico 68. Modelado del mecanismo de soporte y asignación del material ... 175 Gráfico 69. Asignación de las condiciones de contorno para el análisis estático... 176 Gráfico 70. Resultado del análisis estático para el mecanismo de soporte ... 177 Gráfico 71. Disposición de los rodamientos en el soporte de la plataforma ... 179 Gráfico 72. Medidas del rodamiento de bola... 179 Gráfico 73. Disposición del rodamiento en el eje de soporte de la plataforma ... 180
Gráfico 74. Medidas del rodamiento para el eje del soporte de la plataforma ... 181 Gráfico 75. Medidas del pistón superior en su posición inicial y final ... 182 Gráfico 76. Datos del pistón de doble efecto seleccionado ... 183 Gráfico 77. Medidas del pistón inferior en su posición inicial y final ... 184 Gráfico 78. Datos de las medidas del pistón inferior seleccionado ... 185
ÍNDICE DE ECUACIONES
Ecuación 1. Ley de seno ... 59 Ecuación 2. Suma de ángulo ... 61 Ecuación 3. Sumatoria de las fuerzas en el eje X ... 63 Ecuación 4. Sumatoria de las fuerzas en el eje Y ... 63 Ecuación 5. Sumatoria de momentos en un punto ... 63 Ecuación 6. Seno de un ángulo ... 69 Ecuación 7. Fuerza normal ... 84 Ecuación 8. Carga distribuida en el elemento ... 85 Ecuación 9. Fuerza de reacción ... 85 Ecuación 10. Momento flector para carga distribuida ... 85 Ecuación 11. Esfuerzo normal ... 87 Ecuación 12. Deformación máxima de un elemento ... 88 Ecuación 13. Esfuerzo Admisible... 90 Ecuación 14. Relación de dimensión de la plancha ... 90 Ecuación 15. Factor de espesor de la placa ... 91 Ecuación 16. Espesor de la placa ... 92 Ecuación 17. Peso total ... 94 Ecuación 18. Esfuerzo de diseño ... 95 Ecuación 19. Torque ... 97
Ecuación 20. Momento flector de una fuerza normal ... 98 Ecuación 21. Esfuerzo de flexión de una sección transversal ... 99 Ecuación 22. Esfuerzo cortante ... 99 Ecuación 23. Esfuerzo de flexión máxima ... 100 Ecuación 24. Esfuerzo cortante máximo ... 100 Ecuación 25. Concentrador de esfuerzo de flexión ... 100 Ecuación 26. Concentrador de esfuerzo cortante ... 100 Ecuación 27. Relación de diámetro mayor y menor ... 100 Ecuación 28. Relación de radio y diámetro ... 101 Ecuación 29. Esfuerzo de Von Mises ... 102 Ecuación 30. Factor de seguridad ... 103 Ecuación 31. Resistencia a la fatiga ... 103 Ecuación 32. Factor de modificación del acabado superficial ... 104 Ecuación 33. Factor de modificación de tamaño ... 105 Ecuación 34. Límite de resistencia ... 108 Ecuación 35. Resistencia a la fatiga real ... 109 Ecuación 36. Constante a de la fatiga ... 109 Ecuación 37. Constante b de la fatiga ... 109 Ecuación 38. Fuerzas en el eje horizontal ... 111 Ecuación 39. Fuerzas en el eje vertical ... 111
Ecuación 40. Diámetro de diseño ... 112 Ecuación 41. Área de un rectángulo ... 126 Ecuación 42. Momento de inercia ... 127 Ecuación 43. Radio de giro de una sección transversal ... 128 Ecuación 44. Longitud efectiva ... 129 Ecuación 45. Relación de esbeltez... 129 Ecuación 46. Constante de la columna ... 130 Ecuación 47. Carga crítica de la columna ... 131 Ecuación 48. Esfuerzo crítico de la columna... 132 Ecuación 49. Esfuerzo cortante de diseño ... 138 Ecuación 50. Esfuerzo cortante de diseño ... 138 Ecuación 51. Esfuerzo de aplastamiento ... 141 Ecuación 52. Módulo de sección del material ... 151 Ecuación 53. Esfuerzo normal en función de la inercia ... 152 Ecuación 54. Esfuerzo de prueba... 162 Ecuación 55. Longitud de la rosca métrica ... 164 Ecuación 56. Longitud de la parte útil sin roscar ... 164 Ecuación 57. Longitud útil de la parte no roscada... 164 Ecuación 58. Área de la parte sin roscar... 165 Ecuación 59. Rigidez efectiva del perno ... 165
Ecuación 60. Rigidez de los elementos ... 166 Ecuación 61. Constante de rigidez de la unión ... 166 Ecuación 62. Fuerza de precarga ... 166 Ecuación 63. Fuerza de prueba ... 167 Ecuación 64. Esfuerzo alternante del perno ... 167 Ecuación 65. Resistencia alternante de Goodman ... 168 Ecuación 66. Esfuerzo de precarga ... 168 Ecuación 67. Factor de seguridad contra la fatiga ... 168 Ecuación 68. Número de pernos ... 169 Ecuación 69. Factor de seguridad del perno ... 169 Ecuación 70. Factor de seguridad en la unión del elemento... 170 Ecuación 71. Eje centroidal ... 173 Ecuación 72. Módulo de sección del material con respecto al eje neutro ... 173 Ecuación 73. Deformación máxima ... 175 Ecuación 74. Carrera del pistón ... 181
ÍNDICE DE ANEXOS
Anexo 1. Símbolo de personas en silla de ruedas ... 195 Anexo 2. Propiedades mecánicas de los aceros ... 195 Anexo 3. Tabla de perfiles estructurales cuadrados ... 196 Anexo 4. Factor de concentración de esfuerzos con filete en el hombro en flexión .... 197 Anexo 5. Factor de concentración de esfuerzos con filete en el hombro con torsión .. 197 Anexo 6. Factor de concentración de esfuerzo para una barra ranurada a torsión ... 198 Anexo 7. Clases métricas de propiedades mecánicas de perno ... 198 Anexo 8. Diámetro y área de roscas métricas de paso fino y grueso ... 199 Anexo 9. Dimensiones de arandelas métricas simples ... 199 Anexo 10. Dimensiones de tuercas hexagonales... 200 Anexo 11. Resistencia a la fatiga completamente corregidas de pernos y tornillos con
roscas laminadas ... 200
Anexo 12. Idoneidad de los rodamientos para aplicaciones industriales ... 201 Anexo 13. Rodamientos rígidos de una hilera de bolas ... 201 Anexo 14. Fuerza de los cilindros de doble efecto... 202 Anexo 15. Cilindro hidráulico estándar de doble efecto serie 700 ... 203 Anexo 16. Cilindro hidráulico estándar de doble efecto serie 1000 ... 204
CÓDIGO DUBLÍN
Título:
Diseño y simulación de un sistema de elevación para personas con movilidad reducida en los autobuses del Cantón Quevedo, Provincia de los Ríos
Autores: Yaguache Mayllazhungo Jose Luis
Palabras
clave: Sistema de elevación Discapacidad
Sistemas Hidráulica Diseño mecánico Fecha de publicación:
Editorial: Quevedo, UTEQ, 2021
Resumen: Resumen. - Este proyecto de investigación realiza el diseño y simulación
de un sistema de elevación incorporado en los autobuses para personas con movilidad reducida en el Cantón Quevedo, Provincia de Los Ríos. La importancia de este proyecto radica en brindar a las personas con movilidad reducida la oportunidad de formar parte de la sociedad a través del acceso a los servicios de transporte público, lo que les proporcionará oportunidades sociales, laborales y culturales disponibles para la población en general. Previo al diseño, se investigó la normativa existente para los sistemas de elevación, las definiciones y características de los tipos de accionamiento y la estructura metálica del elevador. Una vez finalizada la revisión bibliográfica, mediante el método de criterios ponderados se seleccionó el tipo de estructura metálica y el sistema de accionamiento que conformaría el sistema de elevación. Posteriormente, se realizó los cálculos de esfuerzos, deformaciones y factor de seguridad para cada elemento estructural del elevador, luego se efectuó el modelado y análisis por elementos finitos utilizando el software SolidWorks, del cual se obtuvo que los materiales de construcción seleccionados para cada elemento cumplieron con las condiciones de carga asignada; asimismo, los esfuerzos obtenidos en el análisis por elementos finitos no son mayores al límite de fluencia del material de construcción, por otro lado, las deformaciones y
los factores de seguridad calculados para cada elemento estructural del elevador presentan valores de diseño aceptables. Finalmente se obtuvieron los planos de construcción de los elementos que conforman el sistema de elevación para personas con movilidad reducida.
Abstract. - This research project carries out the design and simulation of an elevation system incorporated in buses for people with reduced mobility in the Canton of Quevedo, Province of Los Ríos. The importance of this project lies in giving people with reduced mobility the opportunity to be part of society through access to public transportation services, which will provide them with social, labor and cultural opportunities available to the general population. Prior to the design, the existing regulations for elevation systems, the definitions and characteristics of the drive types and the metallic structure of the elevator were investigated. Once the bibliographic review was completed, using the weighted criteria method, the type of metallic structure and the drive system that would make up the elevation system were selected. Subsequently, the calculations of stresses, deformations and safety factor for each structural element of the elevator were carried out, then the modeling and análisis by finite elements were performed using SolidWorks software, from which it was obtained that the construction materials selected for each element complied with the assigned load conditions; also, the stresses obtained in the finite element analysis are not greater than the creep limit of the construction material, on the other hand, the deformations and the safety factors calculated for each structural element of the elevator present acceptable design values. Finally, the construction drawings of the elements that make up the elevator system for people with reduced mobility were obtained.
Descripción: 240 hojas: Dimensiones 290 x 210 mm: CD-ROM
GLOSARIO DE TÉRMINOS
SÍMBOLO DESCRIPCIÓN
a, b, c Lados de un triángulo oblicuángulo
a, b Ancho y largo de una plancha metálica
A Área
𝐀𝐭 Área de esfuerzo del perno
a, b Constantes de fatiga 𝐀𝐝 Área de la parte sin roscar
b Base de un rectángulo
C Constante de rigidez
𝐂𝐜 Constante de la columna
d Ancho de una placa
𝐝𝐝 Diámetro de diseño
d Diámetro
𝐃
𝐝 Relación de diámetro mayor y diámetro menor
e Espesor de la plancha
𝐄 Módulo de elasticidad de cualquier material
𝐅 Fuerza
𝐧 Factor de seguridad
𝐅𝐩𝐞𝐫𝐧𝐨 Fuerza en los pernos
𝐅𝐩 Fuerza de prueba
𝐅𝐢 Fuerza de precarga
𝐅𝐱 Fuerzas en el eje de coordenadas X 𝐅𝐲 Fuerzas en el eje de coordenadas Y 𝐟 Fracción de resistencia a la fatiga
𝐡 Altura de un rectángulo
𝐈 Momento de inercia de una sección transversal 𝐤𝐟 Concentradores de esfuerzo de flexión
𝐤𝐟𝐬 Concentradores de esfuerzo cortante
𝐤𝐭 Factor de concentradores de esfuerzo de flexión 𝐤𝐭𝐬 Factor de concentradores de esfuerzo cortante 𝐤𝐚 Factor de modificación del acabado superficial 𝐤𝐛 Factor de modificación de tamaño
𝐤𝐜 Factor de modificación de carga
𝐤𝐝 Factor de modificación de la temperatura 𝐤𝐞 Factor de confiabilidad
K Constante de columna
𝐤𝐛 Rigidez efectiva del perno 𝐤𝐦 Rigidez de los elementos 𝐋𝐞 Longitud efectiva
L Longitud de la columna
l Longitud de agarre del perno 𝐋𝐓 Longitud total de agarre del perno 𝐥𝐝 Longitud de la parte útil sin roscar 𝐥𝐭 Longitud útil de la parte no roscada
l Longitud
𝛈 Relación de dimensión de una plancha
𝐍 Ciclo de falla
𝐧𝐟 Factor de seguridad que protege contra la fatiga
𝐍𝐩 Número de pernos
𝐧𝐨 Factor de seguridad de los pernos
𝐏𝐓 Peso total
𝐏𝐜𝐫 Carga crítica del elemento
𝐏𝐫 Carga requerida
𝐪 Factor de sensibilidad de la muesca
Q Carga distribuida en la plancha
Qp Peso de los elementos metálicos
Qd Peso de diseño
𝐑𝐀𝐱, 𝐑𝐀𝐲 Reacciones en el punto A del eje de coordenadas XY
𝐑𝐂𝐱, 𝐑𝐂𝐲 Reacciones en el punto C del eje de coordenadas XY 𝐑𝟏 Fuerza de reacción
𝐫
𝐝 Relación del radio y el diámetro menor
𝐫 Radio de giro de una columna
RE Relación de esbeltez
𝐬𝐞𝐧 𝐀, 𝐬𝐞𝐧 𝐁, 𝐬𝐞𝐧 𝐂
Ángulos de un triángulo rectángulo
𝐒𝐚 Esfuerzo alternante del lugar geométrico de falla 𝐬𝐩 Esfuerzo de prueba
𝐒𝐞 Resistencia a la fatiga teoría
𝐒’𝐞 Factor del límite de resistencia a la fatiga 𝐒𝐮𝐭 Esfuerzo último de tensión
𝐒𝐟 Límite de resistencia a la fatiga 𝐒𝐲 Límite de fluencia del material
T Torque
𝐭, Espesor de una placa
W Carga distribuida en un elemento determinado
𝐲𝐦𝐚𝐱 Deformación máxima
𝐲𝐢 Centroide de una figura geométrica
Z Módulo de sección
𝐙𝐝 Módulo de sección de diseño 𝐙𝐌 Módulo de sección del material 𝛉, 𝛃, 𝛂, 𝚽, 𝛌, 𝛄 Ángulos de un triángulo rectángulo
𝚺𝐅𝐱 Sumatoria de las fuerzas en el eje de coordenadas cartesianas X 𝚺𝐅𝐲, Sumatoria de las fuerzas en el eje de coordenadas cartesianas Y
𝚺𝐌, Sumatoria de momentos
𝚺𝐀𝐢 Sumatoria de áreas
𝛔𝟑𝟔 Deformación del acero A36 𝛔𝐚𝐝𝐦 Esfuerzo admisible
𝛔𝐝 Esfuerzo de cargas estático
𝛔𝐮 Esfuerzo de cargas repetitivas y de choque 𝛔𝐱 Esfuerzo de flexión
𝛔´𝐞 Esfuerzo de Von Mises
𝛔𝐝 Esfuerzo de diseño
𝛔𝐜𝐫 Esfuerzo criticó
𝛔𝐚 Esfuerzo de aplastamiento 𝛔𝐚 Esfuerzo alternante
𝛔
𝐦𝐚𝐱,𝐚 Esfuerzo de flexión máxima𝛕𝐱𝐲 Esfuerzo cortante
𝛕𝐝 Esfuerzo cortante de diseño 𝛕𝐩𝐫𝐨𝐦 Esfuerzo cortante promedio
𝛕𝐦𝐚𝐱,𝐚 Esfuerzo cortante máximo
1. INTRODUCCIÓN
La discapacidad es aquella que agrupa las deficiencias en las funciones y estructuras corporales, las limitaciones en las capacidades de efectuar a cabo actividades que son comunes del ser humano, tales como correr, saltar, asistir a un evento público, realizar trabajos pesados, entre otras actividades. Entre los tipos de discapacidad están la discapacidad física o de movilidad reducida, la discapacidad auditiva y la discapacidad intelectual. La discapacidad física o de movilidad reducida es aquella restricción que tiene una persona para acceder o moverse dentro de un espacio físico tales como transportarse en un medio de transporte público sean estos urbanos o provinciales.
Los transportes urbanos o provinciales permiten la movilización diaria de las personas de un lugar a otro, para desempeñar diversas actividades que van desde acudir a los establecimientos educativos hasta realizar funciones laborales o de esparcimiento. Los servicios de transporte urbano están diseñados para brindar el servicio de movilidad a las personas cuyas capacidades físicas son normales, por lo que estos autobuses no presentan las condiciones adecuadas para brindar el servicio de movilidad a las personas con discapacidad física, problema que ha obligado a estas personas a utilizar otros medios de transporte privado para su movilización, mismos que generan gastos excesivos en la economía de este grupo vulnerable.
Pese a que se han brindado programas de ayuda socioeconómica, las autoridades no han emprendido acciones que puedan resolver el problema de movilización de las personas con movilidad reducida en los servicios de transporte público, esto se da debido a que los autobuses no cuentan con las características necesarias para que estas personas puedan hacer uso de este servicio tan indispensable.
En aras de brindar una solución a esta problemática y de presentar una alternativa de movilidad para las personas con discapacidad física, el proyecto de investigación aquí descrito realiza el diseño y simulación de un sistema de elevación incorporado en los autobuses para personas con movilidad reducida del Cantón Quevedo, Provincia de Los Ríos.
La importancia de esta propuesta se encuentra en brindar a las personas con movilidad reducida la oportunidad de formar parte de la sociedad por medio del acceso a los servicios de transporte público, la cual brindará oportunidades sociales, laborales y culturales con las que cuenta la población en general.
Para poder desarrollar este proyecto de investigación se ejecutó el cálculo correspondiente para cada elemento, el mismo se realizó con la finalidad de obtener valores de deformación, de factor de seguridad y esfuerzos los cuales fueron evaluados mediante el uso del software CAD Solidworks. Además, el cálculo efectuado permitió seleccionar el material de construcción, el perfil y el espesor adecuado para cada elemento del elevador.
Dado que las partes que conforman el elevador para personas con movilidad reducida deben tener una alta confiabilidad de diseño, se efectuó el modelado y el análisis estático de cada uno de los elementos del elevador mediante el uso del software Solidworks, del cual se obtendrán valores de la deformación, del esfuerzo y del factor de seguridad para posteriormente ser analizados en conformidad con los cálculos obtenidos, esta evaluación permitirá dar mayor fiabilidad a la selección del material de construcción, al perfil y espesor seleccionado para los elementos del elevador.
CAPÍTULO I
1.1. Problema de investigación.
Planteamiento del problema.
La OMS en el Informe Mundial sobre la discapacidad considera que existen más de mil millones de personas en todo el mundo con alguna forma de discapacidad, de ellas, casi 200 millones experimentan dificultades considerables en su funcionamiento. En términos generales la discapacidad es aquella que recoge las deficiencias en las funciones y estructuras corporales, las limitaciones en la capacidad de llevar a cabo actividades y las restricciones en la participación social del ser humano.
Los tipos de discapacidad y sus grados son variados y complejos, son como la personalidad de un individuo, con rasgos conocidos y otros ocultos o por descubrir, algunos de estos requieren una atención personalizada. Por lo tanto, se puede establecer seis tipos de discapacidad tales como, Discapacidad Psíquica, Discapacidad Intelectual, Discapacidad Visual, Discapacidad Auditiva, Discapacidad Sensorial y Discapacidad Física o de movilidad reducida.
Discapacidad física o de Movilidad reducida, es la restricción para desplazarse que presentan algunas personas debido a una discapacidad o que sin ser discapacitadas presentan algún tipo de limitación en su capacidad de relacionarse con el entorno, al tener que acceder a un espacio o moverse dentro del mismo, saltar desniveles, alcanzar objetos situados en alturas normales y ser parte de un medio de movilización.
Según el CONADIS se estima que existen alrededor de 479 910 personas en el Ecuador con algún tipo de discapacidad durante el año 2020. Entre las cuales el 46,62% de la muestra total tiene algún tipo de discapacidad física.
En la provincia de Los Ríos, Cantón Quevedo existe 4609 personas con discapacidad de las cuales el 54.65 % (2518) tienen discapacidad física o movilidad reducida, mismo que tienen el inconveniente de usar el servicio de transporte urbano, debido a que no cuentan con un
sistema que garantice el acceso al interior de este medio de transporte, por lo que recurren a otros servicios para su movilización.
El presente trabajo se realizará con el propósito de dar solución a este problema, mediante el diseño y simulación de un sistema de elevación para personas con movilidad reducida en los autobuses, con el fin de garantizar y precautelar la integridad física del usuario permitiéndole el acceso a las unidades de transporte público.
Diagnóstico.
Los autobuses existentes en el Cantón Quevedo están diseñados para personas cuyas actividades físicas son normales. La organización mundial de la salud (OMS) define actividad física como el conjunto de habilidades y capacidades motrices que posee un determinado sujeto y que son susceptibles de mejorar a través de la realización de tareas de actividad física. Debido a que las personas con discapacidad física no cuentan con tales cualidades les es imposible desarrollarse en la sociedad. También la transportación pública para estas personas con discapacidad física resulta deficiente debido a que los autobuses no presentan las condiciones necesarias para esta población vulnerable.
Pronóstico.
Con el diseño y simulación de un sistema de elevación para personas con movilidad reducida en los autobuses, se espera que el proyecto pueda ser implementado por las distintas cooperativas de autobuses de la Ciudad de Quevedo. Además, se presentan planes de mejoramiento del equipo, mismo que garantiza su uso por parte de las provincias del Ecuador. También este estudio permite a la colectividad estudiantil a realizar proyectos que ayuden a suplir las necesidades de este grupo vulnerable en el futuro.
Formulación del problema.
¿Cómo mejorar las condiciones de las personas con movilidad reducida en los autobuses del Cantón Quevedo, Provincia de los Ríos?
Sistematización del problema.
¿Cuál es el número de personas que tienen Discapacidad física en el Cantón de Quevedo?
¿Cuenta el parque automotor con las características necesarias para implementar el sistema de elevación?
¿Qué software de diseño mecánico se utilizará para realizar el diseño del sistema de elevación?
¿Cuáles son los procesos de fabricación para los sistemas de elevación? ¿Cuál es el costo que tendrá el sistema de elevación?
1.2. Objetivos.
1.2.1. Objetivo general.
Diseñar y simular un sistema de elevación para personas con movilidad reducida en los autobuses del Cantón Quevedo, Provincia de Los Ríos.
Objetivos Específicos.
Realizar un estudio bibliográfico acerca de las normas que regularizan los espacios disponibles en los buses para personas con discapacidad.
Diseñar las partes de la estructura metálica que conforman el sistema de elevación para personas con movilidad reducida en los autobuses.
Desarrollar una simulación del sistema de elevación mediante el software para diseño mecánico 3D SolidWorks.
Desarrollar la documentación técnica del sistema de elevación para personas con movilidad reducida en los autobuses.
1.3. Justificación.
Según los datos estadísticos presentados por el CONADIS se estima que en el Cantón Quevedo existen alrededor de 4609 personas con discapacidad. Para ellos realizar algún tipo de actividad es necesario contar con una planeación, que conlleva a conseguir o necesitar ayuda de terceros, hasta buscar un servicio de transporte para su movilización.
Los autobuses de la ciudad de Quevedo están diseñados para personas cuyas capacidades físicas son normales. Por lo tanto, estos autobuses cuentan con características tales como, filas de asientos para las personas, barras de sujeción que son utilizados en casos de que el usuario esté parado, además los autobuses no tienen las señalizaciones y los espacios adecuados para ofrecer el servicio de transporte a las personas con movilidad reducida.
La ciudad de Quevedo cuenta con 158 buses urbanos que brindan el servicio de transporte público. Estas unidades de transporte cuentan con las especificaciones técnicas en base las normas RTE INEN 2205, mismo que establece datos generales del vehículo, tales como las dimensiones de las puertas de servicio, características de los asientos, salida de emergencia, identificación del bus (número y nombre de la cooperativa), señalización y características que deben tener los espacios para personas con discapacidad física.
En la mayoría de los casos la transportación pública no cuenta con las condiciones adecuadas para el transporte de las personas con discapacidad física, dicho problema hace que estas personas vulnerables utilicen medios de transporte privado para su movilización. En algunos de los casos utilizar estos medios de transporte trae consigo gastos excesivos en la economía de estas personas, producto de ello genera que este grupo vulnerable quede privado de la sociedad debido a su estatus económico y capacidad de movilizarse.
De esta forma se ve evidenciado la importancia y la necesidad de realizar el diseño y simulación de un sistema de elevación que ofrezca accesibilidad a las personas con discapacidad física a las unidades de transporte urbano. La escasa oferta de transporte a estas personas permite asegurar que existen altas oportunidades de crecimiento económico en la implementación de esta propuesta.
Finalmente, está propuesta favorecerá a implementar propuestas de mejoras al parque automotor, mismo que ayudará al desarrollo social del Cantón Quevedo, ya que permitirá una mayor integración de las personas con discapacidad física en la sociedad permitiéndoles acceder a mejores fuentes de trabajo y estudio.
CAPÍTULO II
2.1. Marco conceptual
Inclusión social
La inclusión social es la acción de integrar a las personas en la sociedad, con el objetivo de que estas puedan participar, contribuir y beneficiarse de los distintos procesos que existen en la sociedad. Se concentra en formular soluciones al problema de exclusión que es causado por circunstancias como la pobreza, el analfabetismo, la segregación étnica o religiosa y las distintas discapacidades que la persona pueda presentar [1].
Discapacidad
Discapacidad es un término general engloba las deficiencias, las limitaciones de ejecutar algunas actividades y la restricción de la participación. Las deficiencias son problemas que afectan a una función corporal; las limitaciones, son las dificultades para ejecutar acciones o tareas; y las restricciones de la participación son problemas para participar en situaciones vitales [2].
Sistemas de elevación
Los sistemas de elevación son todos aquellos elementos para el desplazamiento vertical de cargas o productos de cualquier índole ya sean por necesidades productivas y de almacenaje o simplemente por movilidad. Estos sistemas son robustos y pueden ser accionados de manera neumática, hidráulica y eléctrica [3].
Norma
Se entiende por norma aquella ley, precepto, orden, regla, que son impuestos o establecidas por algún individuo o ente en particular para que sean cumplidas por otros en dado tiempo y espacio. También son pautas que se incorporan en la sociedad para organizar, legislar y estandarizar la producción y construcción de un producto [4].
Diseño mecánico
Por diseño se entiende a la invención que se realiza para satisfacer una demanda humana. En el caso del diseño mecánico podría decirse que se trata de encontrar “soluciones simples y efectivas, que faciliten su construcción y cumplan con los requisitos de diseño”; es bajo este simple concepto que, habiendo aprendido la teoría física y matemática de la mecánica, se diseña las piezas y elementos mecánicos aplicando diversas técnicas y principios científicos con el propósito de definir un dispositivo [5].
Solidworks
Solidworks es un software de diseño CAD 3D (Diseño Asistido por Computadora) para realizar piezas y ensamblajes en 3D y planos 2D. El software ofrece un conjunto de soluciones para cumplir los aspectos implicados en los procesos de elaboración de los productos [6].
2.2. Marco referencial
Diseño en ingeniería mecánica
La ingeniería mecánica está estrechamente relacionada con la producción y el procesamiento de energía y con el suministro de los medios de producción, las herramientas de transporte y las técnicas de automatización. Integra los conocimientos técnicos y teóricos, mismos que facilitan a la creación de nuevos productos para dar solución a una necesidad existente en el medio social e industrial [7].
2.2.1.1. Fases e interpretación del proceso de diseño
Para que un diseño sea óptimo y seguro es importante tener en cuenta las siguientes fases para el proceso de diseño las cuales son [7]:
Identificación de una necesidad, en esta etapa el investigador se encarga de observar y reconocer la necesidad la cual se resolverá posteriormente.
Definición del problema, está es más específica e incluye todas las especificaciones del objeto que se va a diseñar.
Síntesis, es la etapa en donde se realiza un esquema de los elementos posibles que conformarán el sistema mecánico.
Análisis y la optimización, en esta fase se considera la factibilidad que va a tener el diseño frente a otros diseños presentados.
Evaluación, consiste en presentar una prueba o examen final del diseño exitoso. Presentación, se enfoca en presentar los resultados a otros y es considerado como la
parte final y vital del diseño.
En el Gráfico 1 se puede observar la organización de las fases del proceso de diseño y la relación existente de las mismas.
Gráfico 1. Fases del proceso de diseño
Fuente: Diseño En Ingeniería Mecánica De Shigley Elaborado por: Budynas. R. G, Nisbett. J. K, [7]
2.2.1.2. Consideraciones para el diseño mecánico
La resistencia y la fiabilidad que requiere un elemento de un sistema significa un factor clave para determinar su geometría. Al utilizar de modo directo la definición de consideración de diseño, se incluyen de forma directa vacíos característicos que influyen en el diseño del mecanismo, estos aspectos pueden ser, las dimensiones del componente, el material a utilizar y los procesos de ensamblaje de los elementos mecánicos [8].
A continuación, en la Tabla 1 se presentan las consideraciones más importantes para el diseño mecánico, las cuales son:
Tabla 1. Categorías más importantes de las consideraciones de diseño Consideraciones tradicionales
1. Resistencia 2. Deflexión
3. Geometría del elemento Costo 4. Calor generado por fricción 5. Fuerza de desgaste o fricción 6. Lubricación Consideraciones modernas 1. Seguridad 2. Ecología 3. Calidad de vida Consideraciones diversas 1. Confiabilidad y facilidad de conservación técnica 2. Estética y ergonomía
Fuente: Diseño de Elementos de Máquinas
2.2.1.3. Consideraciones de diseño para minimizar las lesiones
Para que el diseño de los prototipos mecánicos sea seguro, el Consejo de Seguridad Nacional de Estados Unidos establece una serie de lineamientos para el diseño, esto se establece con la finalidad de minimizar lesiones. A continuación, se presentan los aspectos más importantes para evitar las lesiones, las cuales son [8]:
Diseñar con la finalidad de eliminar los peligros y reducir los riesgos de lesiones. Se deben implementar sistemas de seguridad.
Instaurar equipos o sensores de advertencia.
Construir e implementar instrucciones para una operación segura del equipo. Usar equipos de protección individual (EPP).
Discapacidad
2.2.2.1. Tipos de discapacidad
Los tipos de discapacidad se pueden clasificar en 4 grandes grupos que son: discapacidad motriz o física, discapacidad psíquica, discapacidad sensorial y discapacidad intelectual [9].
Discapacidad física: La discapacidad motriz se caracteriza por la disminución parcial o total de la movilidad de uno o más miembros del cuerpo humano; lo que se traduce a una dificultad o impedimento a la hora de realizar diversas tareas motoras. Esta clase de discapacidad puede llegar a generar en la persona movimientos incontrolados, temblores, dificultad de coordinación, fuerza reducida entre otros. Discapacidad psíquica: Se define a la discapacidad psíquica a los trastornos que
lleva a la persona a no adaptarse completamente a la sociedad.
Discapacidad Intelectual o mental: La discapacidad intelectual es un término utilizado para referirse a las personas que tienen dificultades para desarrollar sus habilidades cognitivas en los niveles esperados; también hace referencia a la falta de incorporarse a las funciones de la vida cotidiana.
2.2.2.2. Personas con movilidad reducida
Una persona con movilidad reducida es aquella que tiene limitadas, temporal o permanentemente la posibilidad de desplazarse o moverse, mismo que depende de otras personas (cuidador) para ejecutar sus actividades [10].
Normativa legal en la accesibilidad de las personas con movilidad
reducida a los servicios de transporte público
En el Ecuador se han implementado diversas reglas jurídicas que regulan las diligencias de las personas con capacidades especiales, estas toman en cuenta la necesidad de accesibilidad a los medios de transporte público. Entre las leyes que regulan la accesibilidad y el uso de los transportes públicos por parte de las personas con discapacidad, son las siguientes:
Constitución Política de Ecuador
Reglamento a la Ley Orgánica de Discapacidades
Ley Orgánica de Tránsito, Transporte Terrestre y Seguridad Vial Ordenanzas Municipales
Instituto Ecuatoriano de Normalización (INEN)
Todos estos reglamentos, normas, y leyes están vigentes en el Ecuador y sus provincias, los cuales serán de gran utilidad para determinar los derechos de las que gozan las personas con discapacidad en referencia a la accesibilidad en los servicios de transporte público.
2.2.3.1. Constitución Política del Ecuador
La constitución del Ecuador en su afán de precautelar los derechos de las personas con discapacidad establece lineamientos que regulan la condición, y participación de los mismos. También estipula que las personas con capacidades especiales, y grupos vulnerables tendrán el derecho a una atención prioritaria y especializada en el ámbito de la salud público y cuidado físico de los seres humanos. El Artículo. 47 menciona que el Estado Ecuatoriano
implementará políticas de prevención para disminuir los índices de discapacidad y, de forma unida con la sociedad y procurará la igualdad de oportunidades para las personas con capacidades especiales. Los derechos que establece el estado ecuatoriano para las personas con discapacidad son las siguientes [11]:
1. Disminución de los precios en los servicios públicos y servicios privados de los autobuses.
2. Tener un trabajo en condiciones de igualdad de oportunidades, que fomente sus capacidades y potencialidades, a través de políticas que permitan su incorporación en entidades privadas y públicas de la nación.
3. Utilizar de manera correcta todos los bienes y servicios que el estado tenga eliminando de esta forma todas las barreras arquitectónicas que existan en un hogar u oficina.
2.2.3.2. Reglamento a la Ley Orgánica de Discapacidades
El Reglamento a la Ley Orgánica de Discapacidades es una ley que otorga y elabora reglamentos para las personas con capacidades especiales en temas de accesibilidad y uso de los bienes y servicios que el estado ecuatoriano puede brindar [12].
En materia de accesibilidad a las unidades de transporte el Art. 18 menciona que la autoridad competente en transporte terrestre, tránsito y seguridad vial y los gobiernos autónomos descentralizados que han asumido las competencias en área de tránsito, instaurarán un porcentaje de autobuses o taxis por cada cooperativa de transporte sean estos públicos o privados, los cuales deben ser accesibles para personas con movilidad reducida, en función de las necesidades de la respectiva circunscripción territorial, que no podrá ser inferior al 2% o al menos una unidad por cooperativa o compañía de taxis, según la densidad poblacional [12].
2.2.3.3. Ley Orgánica de Tránsito, Transporte Terrestre y Seguridad Vial
Este reglamento en el Libro segundo del Transporte Terrestre Automotor, Título 1 (De la Naturaleza y Objetos), en su Art. 48 menciona que, los servicios de transporte, tendrán
cuidado preferente las personas con discapacidad, adultos mayores de 65 años de vida, niños, adolescentes y mujeres en estado de gestación, de conformidad con lo establecido en el Reglamento de esta Ley. Se establecerá un sistema de tarifas especiales en la transportación pública en beneficio de los estudiantes de los niveles pre–primario, primario y secundario, a través de un carné estudiantil obligatorio, personas con capacidades especiales y adultos mayores de 65 años, el mismo que se regirá a través del Reglamento respectivo [13].
2.2.3.4. Ordenanza Municipal
El Gobierno Autónomo Descentralizado Municipal de Quevedo (GADMQ) en su afán de incorporar y respetar los derechos de las personas con discapacidad establece que las empresas públicas y privadas, vías de circulación, aceras para el tránsito de personas y servicio de transporte urbano, deben disponer de medios que faciliten la accesibilidad de estas personas vulnerables; para ello el GAD Municipal de Quevedo como parte de sus objetivos en el Artículo 1 menciona lo siguiente:
En materia de accesibilidad el GAD Municipal de Quevedo en su Artículo 10 establece que “todas las obras de Accesibilidad para personas con discapacidad, se considerarán obras prioritarias y de atención inmediata, en todo lo que tenga que ver en construcción, adaptación, renovación, remodelación y adecuaciones. La Accesibilidad además de contemplar las Normas Técnicas deberá satisfacer la real necesidad de las personas con discapacidad para su libre independencia de movilidad” [14].
2.2.3.5. Instituto Ecuatoriano de Normalización (INEN)
El Instituto Ecuatoriano de Normalización es una entidad pública, que se encarga de la normalización, metrología y reglamentación técnica del país. Por su parte, las Normas INEN son un conjunto de principios que se consideran para dirigir la correcta aplicación de las actividades industriales, estructurales, y tienen la finalidad de conseguir un alto grado de calidad dentro de las diferentes áreas existentes en el Ecuador. Los reglamentos de la norma INEN son los más importantes ya que se implementan para regular la accesibilidad de las personas con capacidades especiales; entre las normas que son de mayor relevancia para el país en el tema de accesibilidad, están las siguientes [15]:
NTE INEN 2239; Accesibilidad de las personas al medio físico. Señalización. NTE INEN 2240; Accesibilidad de las personas al medio físico. Símbolo gráfico;
características generales.
NTE INEN 2243; Accesibilidad de las personas con discapacidad y movilidad reducida al medio físico. Vías de circulación peatonal
NTE INEN 2248; Accesibilidad de las personas al medio físico. Estacionamientos NTE INEN 2291 Accesibilidad de las personas al medio físico. Tránsito y
Señalización.
NTE INEN 2292 Accesibilidad de las personas al medio físico. Transporte. NTE INEN 2299 Accesibilidad de las personas al medio físico. Elevadores.
Todas las normas están vigentes en el país, pero para el desarrollo de proyectos de investigación se tomarán en cuenta las normas NTE INEN 2205 y NTE INEN 2299 mismos que establecen las características que deben tener el transporte público urbano y los elevadores para personas con discapacidad física.
Definición de silla de ruedas
La silla de ruedas son vehículos individuales que sirven para trasladar a personas que han perdido, de forma permanente, total o parcialmente, la facultad de movilizarse. Es importante tener en cuenta que la silla de ruedas debe ser la adecuada para los grados de invalidez [16].
2.2.4.1. Tipos de sillas de ruedas
Existen 2 tipos de sillas de ruedas las cuales son:
Silla de ruedas Manuales: El funcionamiento de estas sillas de ruedas consiste en que la persona o usuario del equipo, haga girar las ruedas posteriores, para así lograr un desplazamiento. Generalmente son fabricadas en materiales ligeros y pueden llegar a pesar de 10 Kg a 20 Kg [17].
Gráfico 2. Silla de ruedas manual
Fuente: Sunrise Medical, [17]
Silla de ruedas Eléctricas: Los distintos tipos de estas sillas de ruedas son impulsadas por un motor, el cual reciben energía de una batería para su funcionamiento; la persona controla la silla por medio de un joystick el mismo que dependiendo de la configuración de la silla puede modificar la velocidad, la posición del respaldo asiento, etc. Este tipo de sillas depende de las características del paciente y pueden llegar a pesar de 27 Kg a 67 kg dependiendo de los accesorios con la que cuente [17].
Gráfico 3. Silla de ruedas eléctrica
2.2.4.2. Dimensiones de las sillas de ruedas
Cuando se desea seleccionar el mejor modelo de sillas de ruedas se toma en cuenta el peso, la altura y las proporciones del usuario es por ello que en el Gráfico 4 se establecen las medidas estándar para una silla de ruedas.
Gráfico 4. Medidas estándar de una silla de ruedas
Fuente: Ortopedia Plaza, [17]
Vehículo de trasporte urbano
El transporte urbano es un medio utilizado por las personas para trasladarse de un lugar a otro. Dependiendo de las necesidades de cada persona el servicio de transporte urbano es una de las partes más fundamentales y significativas para la movilidad de las personas que viven en un país, región, ciudad y cantón. Por esta razón el sector de transportación urbana es uno de los servicios públicos más importantes los cuales deben ser sostenibles y accesibles para todas las personas, sean estos adultos mayores, niños, niñas, jóvenes y personas con discapacidad [18].
Para poder brindar la mejor atención a todas las personas y de manera especial a las personas con discapacidad física, es necesario que los servicios de transporte urbano, destinen espacios únicos tales como un área para las personas con movilidad reducida, un sistema de elevación que permita su acceso de las personas discapacitadas, identificación y dispositivos
