UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PANEL DIGITAL DE
CONTROL DE FLUIDO PARA LOS SISTEMAS DE DIRECCIÓN,
FRENOS, REFRIGERANTE Y LIMPIAPARABRISAS
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
MARCELO SEBASTIAN YEPEZ PAREDES DIRECTOR: ING. JULIO MORALES
DECLARACIÓN
Yo, Marcelo Sebastián Yépez Paredes, declaro que el trabajo aquí descrito 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 Tecnológica Equinoccial 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.
_________________________ Marcelo Yépez Paredes
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Diseño y construcción
de un panel digital de control de fluido para los sistemas de dirección, frenos, refrigerante y limpiaparabrisas”, que, para aspirar al título de
Ingeniero Automotriz fue desarrollado por Marcelo Sebastián Yépez Paredes, bajo mi dirección y supervisión, en la facultad de ciencias de la ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de trabajos de titulación artículos 18 y 25.
___________________
Ing. Julio Morales
DIRECTOR DEL TRABAJO
AGRADECIMIENTOS
El agradecimiento deriva de un sentimiento, deriva de la humildad. Es el abrazo a una ayuda, a una contribución, a unas palabras de aliento, si tuviera que agradecer a todas las personas que me han ayudado,
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
1 INTRODUCCIÓN ... 1
1.1 OBJETIVO GENERAL ... 3
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 3
2 MARCO TEÓRICO ... 5
2.1 MANTENIMIENTO ... 5
2.2 OBJETIVOS DEL MANTENIMIENTO ... 7
2.3 TIPOS DE MANTENIMIENTO ... 7
2.3.1 MANTENIMIENTO POR AVERÍA ... 7
2.3.2 MANTENIMIENTO PLANIFICADO ... 8
2.3.3 MANTENIMIENTO PROGRAMADO. ... 8
2.3.4 MANTENIMIENTO PREVENTIVO. ... 9
2.3.5 MANTENIMIENTO CORRECTIVO. ... 9 2.4 DIRECCIÓN, FRENOS, REFRIGERANTE Y LIMPIAPARABRISAS
2.4.1 SISTEMA DE DIRECCIÓN ... 12
2.4.2 SISTEMA DE DIRECCIÓN ASISTIDA HIDRÁULICA ... 13
2.4.3 SISTEMA DE FRENOS ... 18
2.4.4 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN. ... 23
2.4.5 SISTEMA DE LIMPIAPARABRISAS ... 31
2.5 CONTROL ELECTRÓNICO CON SISTEMA ARDUINO ... 35
2.5.1 ORÍGENES DE ARDUINO ... 35
2.5.2 TABLERO ARDUINO ... 36
2.5.3 CONEXIONES DIGITALES ... 38
2.5.4 MICROCONTROLADOR ARDUINO ATMEGA 2560 ... 38
3 METODOLOGÍA ... 48
3.1 MATERIALES ... 49
3.2 HERRAMIENTAS ... 49
3.3 MÉTODOS. ... 50
3.3.1 MÉTODOS TEÓRICOS ... 50
3.3.2 MÉTODOS EMPÍRICOS ... 50
3.4 ANALISIS DE SELECCIÓN DE VEHICULO ... 50
3.6 ANÁLISIS DE LOS RECIPIENTES DE LOS SISTEMAS DE FLUIDOS
DEL VEHÍCULO ... 53
3.7 DISEÑO DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE DATOS ... 53
3.8 CONSTRUCCIÓN DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE DATOS DE LOS FLUIDOS DEL VEHÍCULO ... 54
3.9 PRUEBAS ... 54
4 ANÁLISIS DE RESULTADOS ... 55
4.1 RECIPIENTES DE LOS SISTEMAS DE CONTROL DEL NIVEL DE FLUIDOS. ... 55
4.1.1 RECIPIENTE DEL FLUIDO DE DIRECCIÓN. ... 55
4.1.2 RECIPIENTE DEL FLUIDO DE FRENOS ... 56
4.1.3 RECIPIENTE DEL LÍQUIDO REFRIGERANTE ... 57
4.1.4 RECIPIENTE DEL LÍQUIDO LIMPIAPARABRISAS. ... 58
4.2 DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL DEL NIVEL DE FLUIDOS 59 4.3 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE CONTROL DEL NIVEL DE FLUIDOS. ... 61
4.3.1 DISPOSITIVO DE MEDICIÓN DEL NIVEL DE FLUIDO EN EL SISTEMA DE DIRECCIÓN... 62
4.3.3 DISPOSITIVO DE MEDICIÓN DE NIVEL DE FLUIDO EN EL
SISTEMA LIMPIAPARABRISAS ... 70
4.3.4 DISPOSITIVO DE MEDICIÓN DEL NIVEL DE FLUIDO EN EL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN ... 75
4.4 PRUEBAS ... 97
5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 106
5.1 CONCLUSIONES ... 106
5.2 RECOMENDACIONES ... 107
GLOSARIO ... 108
BIBLIOGRAFÍA ... 111
ÍNDICE DE FIGURAS
PAGINA Figura 1. Mantenimiento vehicular. 5
Figura 2. Sistema de dirección. 12
Figura 3. Clasificación de los fluidos hidráulicos. 16
Figura 4. Sistema de frenos 18
Figura 5. Principio de Pascal. 19
Figura 6. Principio del sistema hidráulico de frenado. 20
Figura 7. Exigencias para los líquidos de frenos. 21
Figura 8. Sistema de refrigeración 24
Figura 9. Esquema de funcionamiento del sistema de refrigeración. 25
Figura 10. Líquido refrigerante. 30
Figura 11. Motor del sistema de limpiaparabrisas. 31
Figura 12. Brazo de arrastre y escobilla. 32
Figura 13. Esquema del sistema limpiaparabrisas trasero 32
Figura 14. Tablero Arduino Uno con placa de Ethernet. 36
Figura 15. Arduino ATmega2560 40
Figura 16. Software Arduino . 41
Figura 18. Selección tablero Arduino . 43
Figura 19. Selección del puerto de salida . 43
Figura 20. Selección de puerto de salida en Mac o Linux. 44
Figura 21. Esquema “blink” en funcionamiento. 45
Figura 22. Modificación esquema “blink” . 46
Figura 23. Guardando un esquema Arduino . 47
Figura 24. Camioneta utilizada en el trabajo de tesis . 51
Figura 25. Localización de los puntos de inspección en el compartimento del
motor . 47
Figura 26. Esquema del recipiente de almacenamiento de dirección. 56
Figura 27. Esquema del recipiente de almacenamiento de frenos. 57
Figura 28. Esquema del recipiente de almacenamiento de refrigerante 57
Figura 29. Esquema del recipiente de almacenamiento limpiaparabrisas 58
Figura 30. Diagrama de flujo, procesamiento de datos 59
Figura 31. Constatación del funcionamiento del panel de control. 61
Figura 32. Cuerpo integral con todos los elementos. . 61
Figura 33. Implementación del sensor ultrasónico HC-SR04. 62
Figura 34. Preparación del sensor HC-SR04. 63
Figura 35. Dimensiones del sensor ultrasónico HC-SR04 65
Figura 36. Prueba práctica de rendimiento, mejor ángulo en 30°. 65
Figura 38. Implementación del sensor de humedad. 67
Figura 39. Preparación del sensor SKU: SEN0114 68
Figura 40. Sensor de humedad SKU:SEN0114 69
Figura 41. Diseño del recipiente de frenos sensor SKU:SEN0114 70
Figura 42. Implementación del sensor de humedad. 71
Figura 43. Preparación del sensor fondo SKU: SEN0114 modificado. 72
Figura 44. Preparación del sensor SKU: SEN0114 modificado. 72
Figura 45. Sensor de humedad SKU:SEN0114. 74
Figura 46. Diseño y rangos recipiente de limpiaparabrisas con sensor
SKU:SEN0114. 75
Figura 47. Implementación del sensor de humedad. 76
Figura 48. Construcción del sensor sumergible. 77
Figura 49. Diseño recipiente fluido de frenos sensor SKU:SEN0114. 78
Figura 50. Esquema eléctrico de conexiones y sensores 79
Figura 51. Proceso de codificación, Arduino Software. 80
Figura 52. Esquema programación, Arduino Software 81
Figura 53. Esquema con error Arduino Software 82
Figura 54. Esquema con error “setup” y “loop”, Arduino Software. 83
Figura 55. Esquema para compilación, Arduino Software. 84
Figura 56. Esquema con “setup” con “loop” vacío, Arduino Software. 85
Figura 58. Asignación de variable LED, Arduino Software. 87
Figura 59 Esquema con variables de LED y retraso, Arduino Software. 87
Figura 60. Esquema con variables delayPeriod + 100, Arduino Software 88
Figura 61. Constatación del funcionamiento del panel de control. 98
Figura 62. Constatación del funcionamiento y parámetros del panel 98
Figura 63. Constatación del funcionamiento y parámetros del panel 99
Figura 64. Constatación del funcionamiento y parámetros del panel 99
Figura 65. Constatación del funcionamiento y parámetros del panel 100
Figura 66. Constatación del funcionamiento y parámetros del panel 100
Figura 67. Constatación del funcionamiento y parámetros del panel 101
Figura 68. Constatación del funcionamiento y parámetros del panel 101
Figura 69. Constatación del funcionamiento y parámetros del panel 102
Figura 70. Constatación del funcionamiento y parámetros del panel 102
Figura 71. Constatación del funcionamiento y parámetros del panel 103
Figura 72. Constatación del funcionamiento y parámetros del panel 104
ÍNDICE DE TABLAS
PAGINA Tabla 1. Clasificación de los fluidos en grado de viscosidad ISO. 15
Tabla 2. Traducción Figura.2.04.Clasificación delos fluidos hidráulicos. 17
Tabla 3. Características del Arduino Mega2560 39
ÍNDICE DE ANEXOS
PAGINA
ANEXO 1 89
Anexo 1: Bahía del motor
ANEXO 2 90
Anexo 2: instalación de sensor en depósito de limpia parabrisas
ANEXO 3 91
Anexo 3: Instalación de sensor en depósito de freno
ANEXO 4 92
Anexo 4: Prueba de sensores
ANEXO 5 93
Anexo 5: Instalación de sensor en depósito de dirección
ANEXO 6 94
RESUMEN
El diseño y construcción del panel digital de control de fluidos para los sistemas de dirección, frenos, refrigerante y limpiaparabrisas, fue ideado partiendo de la carencia en cuanto a seguridad activa respecta, los sistemas de la mayoría de vehículos actuales no cuentan con un panel que notifique el nivel de los fluidos, como tampoco una notificación cuando estos niveles se encuentren en un estado crítico y puedan representar un peligro para el correcto funcionamiento del motor, llegando a paralizar los sistemas antes descritos, pudiendo inclusive ocasionar graves accidentes o daños a terceros. El panel digital de control de fluidos para los sistemas de dirección, frenos, refrigerante y limpiaparabrisas consta de diferentes tipos de sensores en cada uno de los recipientes, un sistema de transmisión de datos el cual transmite la información hacia el microcontrolador y la transforma en información legible para el ultimo componente, la pantalla.
ABSTRACT
The design and the construction of a fluid control digital panel for the steering wheel system, the brake system, the cooling system and the windshield cleaning system was born from a shortage in the active security systems inside the car, this system was designed to prevent accidents, most of the cars don’t have any kind of warning in case the fluid reaches the minimum state; and it might increase the risk of an accident or third party injuries, also it will cause several damages to the engine or his components. This system contains several sensors, this ones belongs to the different containers, and there is also a data transmitter system which allows to communicate with the microcontroller and vice versa, to finally create a dependable data to show on the TFT screen.
1 INTRODUCCIÓN
La industria automotriz está constantemente en búsqueda de nuevas tecnologías que mejoren la seguridad de los ocupantes del vehículo, tanto en seguridad activa como en seguridad pasiva, también con la finalidad de mejorar la seguridad tanto vial como de los ocupantes reduciendo los riesgos a terceros.
El presente trabajo, denominado “Diseño y construcción de un panel digital de control de fluido para los sistemas de dirección, frenos, refrigerante y limpiaparabrisas” está enfocado en la búsqueda de nuevos sistemas que mejoren la seguridad activa, la cual se define como el conjunto de sistemas y elementos destinados a mantener un control sobre el automóvil, analizando y tomando acción sobre los posibles riesgos, todo esto por medio de la incorporación de un mecanismo que permita un control de los niveles de fluidos de los sistemas descritos.
La implementación de este sistema permitirá disminuir los accidentes de tránsito relacionados con las fallas o problemas de estos elementos, a través de una notificación permanente de los niveles del fluido, enviando una señal de alerta cuando el nivel sea crítico. El sistema a su vez ahorra tiempo al usuario, evitando el tiempo de una inspección visual periódica a los niveles, y/o personas que desconozcan los principios e importancia de los correctos niveles en los sistemas del vehículo.
Uno de los principales problemas que se evidencian en el vehículo, es que a pesar de las recomendaciones que realiza el fabricante de revisar los niveles de fluidos periódicamente, el usuario del vehículo no lo hace, sea por desconocimiento, por descuido, o por falta de tiempo. Esto puede provocar daños severos a los sistemas y requerir un posterior mantenimiento correctivo. El mantenimiento correctivo es el resultado de una falla en el equipo o en el fluido, derivando así en una falla en el sistema; el mantenimiento correctivo corrige los defectos en los equipos, cuando estos fallan y esto obliga a parar al equipo o sistema.
Adicionalmente cuando se realiza un mantenimiento al automóvil, se encuentra que, en varios casos, el nivel de los fluidos no es el correcto; en el caso de los fluidos de los sistemas de funcionamiento del motor y seguridad se tiene diferentes problemas en cada uno de ellos y también así diferentes consecuencias de no mantener un buen nivel de los fluidos o en el peor de los casos una fuga en estos sistemas. Si dicha fuga se presentase en alguno de los sistemas y este no ofreciera ninguna advertencia al conductor sobre un nivel crítico en el fluido, se podría suscitar problemas en el funcionamiento del motor o en la conducción pudiendo, así, ocasionar un accidente.
Al mantener un nivel inadecuado de fluido en los sistemas, o por causa de una fuga el sistema se quedara sin fluido, los diferentes componentes de los sistemas se verán afectados y todo esto embocará en un mantenimiento correctivo no programado, es decir, arreglar el desperfecto inmediatamente después de que se suscita el desperfecto.
sistema. Esta es una ayuda visual que contribuye con la seguridad y comodidad a los conductores.
Actualmente el mantenimiento es uno de los elementos más importantes en todas las industrias en general, el mantenimiento ayuda a evitar que se produzca una falla en los sistemas previniendo así la paralización del elemento, el cual en el caso del automóvil puede acarear una situación no esperada y hasta un accidente. Se han destinado muchos esfuerzos y dinero para evitar este tipo de situaciones o reducir las consecuencias de una paralización o un mal funcionamiento del motor.
Para todos los problemas antes expuestos, concernientes a incorrecto nivel de fluido o una ausencia de este, el sistema alertará visualmente sobre el nivel en los recipientes reservorios de cada sistema, además emitirá una alarma tanto visual como auditiva cuando los sistemas de frenos, dirección, refrigerante y limpiaparabrisas estén en un nivel crítico, esto permitirá al usuario reconocer y solucionar el problema.
Es por todo lo anterior, que se decidió abordar los temas en orden empezando por el mantenimiento, para luego seguir con la descripción de los sistemas, posteriormente se analizara el sistema digital que se tendrá en uso y finalmente expondré el diseño y construcción del sistema.
1.1 OBJETIVO GENERAL
Diseñar y construir un panel digital de control de fluido para los sistemas de dirección, frenos, refrigerante y limpiaparabrisas mediante el análisis de los sistemas.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Diseñar y construir el sistema de medición de nivel de fluido para los sistemas de refrigeración, dirección, frenos y limpiaparabrisas mediante programación con la finalidad de comprobar el sistema.
2 MARCO TEÓRICO
Como ya se ha analizado en el problema presentado anteriormente y en la justificación, el mantenimiento es una parte importante dentro del vehículo, a continuación se detalla el mantenimiento, también, se explica el funcionamiento de los diferentes sistemas que entran en el proyecto de tesis, estos son: refrigeración, dirección, frenos y limpiaparabrisas. (Concepcion, 2010)
El mantenimiento nos da una visión general de lo que es la industria automotriz y los beneficios de un correcto mantenimiento como el de mejorar la vida útil, preservando los componentes de los sistemas y más importante aún el de salvaguardar a los ocupantes del vehículo y terceros. (Secretaría del Trabajo y de Previsión Social, 1999)
2.1 MANTENIMIENTO
Figura 1. Mantenimiento vehicular. (Conafe, 2015)
Establece las bases para requerimientos de equipo y el diseño del sistema, como por ejemplo se requiere que no se tenga ayuda externa en el mantenimiento, el equipo debe traer un equipamiento para que el usuario pueda realizar pruebas y realice los aspectos esenciales del mantenimiento. (Mishra & Pathak, 2012)
Establece las bases para los requerimientos para el total soporte de mantenimiento. Estos requerimientos pueden ser utilizados con un análisis de mantenimiento, a través del cual y con las frecuencias de fallas anticipadas, las habilidades de grupo de trabajadores, las herramientas, se puede elaborar un plan de mantenimiento con antelación (Mishra & Pathak, 2012).
El mantenimiento es una ciencia que se ha venido desarrollando a través del tiempo de ahí su importancia en la evolución industrial todo esto acorde a las necesidades de sus usuarios, la función principal del mantener la operatividad de los equipos y el buen estado de las máquinas para el uso en procesos o servicios que generan bienes reales o intangibles, el mantenimiento aparece desde el momento mismo en el que aparecieron las máquinas. (Mora, 2009) El mantenimiento es el sustantivo del verbo mantener, por ende la función concreta del mantenimiento es sostener la funcionalidad y el cuerpo de un objetivo o aparato productivo para que así pueda cumplir su principal función que es producir. Los cuidados hacia las máquinas que producen bienes y servicios varían de acuerdo con el tipo de ingeniería. Como lo describe la ingeniería mecánica que describe hechos muy antiguos que inciden hoy en el mantenimiento actual. La base del fundamento para el ejercicio de la profesión de ingeniero se basa en: el diseño, la proyección, el funcionamiento, la conservación y la reparación, en cada una de estos elementos se encuentra el mantenimiento (Mora, 2009).
ejercicio de la profesión de ingeniero se basa en: el diseño, la proyección, el funcionamiento, la conservación y la reparación, en cada una de estos elementos se encuentra el mantenimiento (Mishra & Pathak, 2012).
2.2 OBJETIVOS DEL MANTENIMIENTO
El objetivo principal del mantenimiento es la maximización de la disponibilidad, el equipamiento y la vida útil de la máquina, adicionalmente se tiene otros objetivos como son: (Mishra & Pathak, 2012)
Establecer condiciones de trabajo seguras.
Eliminar futuros defectos.
Prevenir un paro del motor durante su funcionamiento.
Evitar un desgaste acelerado de los componentes.
Mejorar el rendimiento del motor de combustión interna.
2.3 TIPOS DE MANTENIMIENTO
Existen distintos tipos de mantenimiento, a continuación se detallan los más utilizados en el campo automotriz (Gómez, 1998).
2.3.1 MANTENIMIENTO POR AVERÍA
2.3.2 MANTENIMIENTO PLANIFICADO
Este mantenimiento es de concepto organizado y planificado, toma en cuenta variables medibles, un control del sistema y registros históricos. Dentro de este mantenimiento el trabajo es planificado de antemano con la finalidad de prevenir fallas, se decide cuando y como se deberán realizar estos mantenimientos. En orden para realizar este mantenimiento el fabricante estipula el periodo o frecuencia de estos mantenimientos, estos pueden ser por, distancia recorrida, tiempo de operación, ciclos de la máquina, unidades producidas etc. A continuación algunos factores a tomar en cuanta en este mantenimiento: (Mishra & Pathak, 2012)
Utilización del equipo.
Condiciones de trabajo.
En el mantenimiento planificado, instrucciones especificadas deben ser dadas en detalle para cada tipo de máquina y sistema, donde la seguridad es muy importante. Asimismo, la condición del equipo deber ser revisada diariamente o según indique el fabricante, entonces, el tipo de mantenimiento dependerá de la naturaleza del equipo y las condiciones de trabajo de la máquina. A continuación la clasificación del mantenimiento planificado: (Mishra & Pathak, 2012)
2.3.3 MANTENIMIENTO PROGRAMADO.
2.3.4 MANTENIMIENTO PREVENTIVO.
El mantenimiento preventivo es la utilización de inspecciones, ajustes, reparaciones y cambios coordinados y planificados para una máquina. Uno de los objetivos del mantenimiento preventivo es detectar alguna condición o variable que pueda causar que la máquina falle. En este mantenimiento, una inspección de las partes o sistemas críticos o vitales de la máquina se debe realizar a intervalos predeterminados (Mishra & Pathak, 2012).
2.3.5 MANTENIMIENTO CORRECTIVO.
El mantenimiento correctivo se da cuando se observa fallas repetitivas de cierta parte del equipo o sus sistemas, cuando estos daños repetitivos son observados, un mantenimiento correctivo puede ser aplicado con la finalidad de evitar estas fallas, algunas de estas fallas deben ser reportadas al fabricante para que exista corrección de las mismas (Mishra & Pathak, 2012). El mantenimiento correctivo puede ser definido como un mantenimiento llevado a cabo para restaurar un equipo que ha parado de trabajar para los estándares aceptables, por ejemplo, un motor que se encuentre trabajando en condiciones aceptables, pero no muestra su máximo desempeño dado un daño en los rines de los pistones, después de este cambio el rendimiento del motor vuelve a su máximo nivel (Mishra & Pathak, 2012).
2.3.5.1 Sistema de información.
“La información es el epicentro de mantenimiento, y es necesaria para determinar todos los signos vitales que acurren para consolidar una estrategia adecuada de mantenimiento. Entre la información que se debe manejar en tiempo real desde el inicio, sobresalen algunos tópicos como:
Costos de operación, de sustitución, de alistamiento y de mantenimiento de equipos, entre otros.
Índices, rendimientos, e indicadores propios y/o internacionales de mantenimiento, operación o ingeniería de fábricas, entre otros.
Fácil comunicación con el sistema central de información, con otro tipo de software de la compañía o de la organización.
Bases de datos de todos los tópicos señalados.
Registro de todos los análisis de fallas, su proceso evolutivo, sus avances y toda la información conexa pertinente.
El acceso al sistema de información debe ser de fácil acceso a través de redes o sistemas a distancia, flexible y actualizado. Es vital que desde el inicio se plantee el tipo de utilización del hardware y el software (Mora, 2009).
La relación del manteniendo con referencia con el CMMS, debe tener las características de tiempo real como de información veraz, al momento de desarrollar la gestión de mantenimiento se debe tener un sistema informático. Las alternativas de software y hardware presentes en el mercado dificultan la elección de este, es aquí donde se requiere un análisis profundo de las herramientas a utilizarse, los pilares fundamentales del software para mantenimiento son dos: la industria de la computación y la aceptación del desarrollo tecnológico en las empresas y también exigido por los clientes. Todo esto contribuye a que el CMMS ofrezca paquetes muy avanzados. (Mora, 2009).
“Los pasos para seleccionar e implementar programas informáticos de mantenimiento son:
Definir la magnitud de trabajos, funciones, actividades, equipos, indicadores, flujos, cálculos, etc. Que se necesita controlar la empresa.
Determinar los tipos de informes y reportes que se necesitan.
Examinar si el software deseado entra en red y es compatible con los sistemas ya instalados en la empresa.
Concretar con la firma vendedora los entrenamientos requeridos para el personal y las asesorías, durante la implementación y la puesta en marcha del programa.
Evaluar las características de expansión de su CMMS preferido en relación con sus necesidades futuras.”(Mora, 2009).
Es de esta manera como trabajan los sistemas de mantenimiento, tanto dentro de un taller automotriz, como dentro del automóvil, el mantenimiento es una parte fundamental para el correcto funcionamiento del automóvil, el mantenimiento comprende varios aspectos y se aborda los más importantes, la trasmisión de datos en tiempo real es uno de los más eficaces mantenimientos, ya que de esta manera se tiene un completo control sobre el nivel y los estados de los fluidos, ahorrando tiempo y dinero, pero sobre todo se previenen accidentes que pueden ser ocasionados por un fallo en estos sistemas.
El mantenimiento comprende todos los sistemas del auto, en este caso se aborda cuatro sistemas del vehículo, dirección, frenos, refrigerante y limpiaparabrisas, como ya se conoce el mantenimiento es parte de estos sistemas, en este proyecto se creara un tipo de mantenimiento que comprende el nivel instrumental dentro de un sistema de información, a continuación se detallan los sistemas.
2.4 DIRECCIÓN, FRENOS, REFRIGERANTE Y
LIMPIAPARABRISAS
conlleven después a una para del vehículo, con la finalidad de reparar la falla que un bajo nivel o una fuga hubiese causado en el vehículo, o si en otro caso esta falla o fuga pudiese haber atentado contra la seguridad de los ocupantes. A continuación dichos sistemas: (Ellinger, 1993)
2.4.1 SISTEMA DE DIRECCIÓN
La función del sistema de dirección del vehículo es la de proporcionar el giro adecuado en las ruedas delanteras del automóvil ofreciendo una trayectoria determinada por el rango de giro del volante del automóvil. El sistema se puede apreciar en la figura 2, este dispositivo ofrece mediante varios sistemas y elementos lo siguiente: (Hermogenes, 2007)
Figura 2. Sistema de dirección. (Nitro, 2015)
Seguridad Activa.- Es el conjunto de mecanismos y elementos que están en continuo de monitoreo, para salvaguardar a los ocupantes.
Seguridad Pasiva.- Es el conjunto de mecanismos y elementos que entran en funcionamiento o en acción en el momento de una colisión.
Suavidad
Precisión
Facilidad de Manejo
Estabilidad
2.4.2 SISTEMA DE DIRECCIÓN ASISTIDA HIDRÁULICA
Bajo ciertas circunstancias como son una baja presión de inflado ruedas, gran superficie de contacto, velocidad reducida, etc. Dada esta fuerza adicional necesaria aplicar en el volante para girar los neumáticos, se encontró la necesidad de crear un sistema te ayudará al conductor reduciendo la fuerza necesaria aplicada en el volante de ahí nace un sistema de dirección asistida hidráulica, la cual reduce la fuerza necesaria aplicada al volante para realizar un giro de adecuado, este sistema, consta de tres partes principales, la fuente de energía, la válvula de regulación y el cilindro de dirección. (Hermogenes, 2007).
La fuente de energía
La fuente de energía está formada por la bomba; la bomba es la encargada de generar presión y caudal para que trabaje sistema de la dirección hidráulica. Consta de la misma bomba, un depósito de aceite y tuberías de comunicación, existen varios tipos de bombas. Cuando estas bombas se encuentran en velocidad ralentí ofrece el suficiente presión y caudal para realizar un giro con el auto detenido al contrario cuando las revoluciones del motor son muy altas tiene una válvula reguladora la cual limita la presión y el caudal de aceite para que ésta no sea excesiva, aparte de mantener una temperatura adecuada para evitar la formación de espuma en el fluido. (Hermogenes, 2007)
Válvula de regulación
abierta, en el centro permite el paso directo del fluido hidráulico cuando no actúa y el exceso se dirige hacia un depósito.
Fluido hidráulico de asistencia.
El fluido hidráulico es el encargado de transmitir la fuerza producida por la bomba en el sistema. Existen varios tipos de fluidos hidráulicos, y su uso dependerá de la función que vaya a desempeñar dentro del sistema. Las clasificaciones son en base a la viscosidad del fluido y estas están dadas por normas ISO dirigidas hacia la clasificación en viscosidad ASTM D 6080-97 (Santosh & Swaroop).
Clasificación de los fluidos en base al grado de viscosidad ISO
Tabla 1. Clasificación de los fluidos hidráulicos basados en grado de viscosidad ISO. (Santosh & Swaroop)
Existen 3 tipos diferentes de fluidos de acuerdo a su disponibilidad de fuente y propósito de acuerdo a las normas ISO.
Fluidos Hidráulicos a base de aceite mineral.
Son fluidos con base en aceites minerales tienen un alto desempeño a bajo costo son clasificados como fluidos HH, HL y HM (Santosh & Swaroop). Los fluidos de categoría HH no soportan altas temperaturas, tampoco tienen propiedades lubricantes son utilizadas para sistemas de baja presión. Esos fluidos aceites minerales refinados con aditivos.
Grados de viscosidad ISO basados en viscosidad cinemática. [centistokes/cSt] a 40°C
Los fluidos HL son usados mayormente en bombas de pistón. Para estar protegidos del ataque de sustancias químicas y contaminación por agua el fluido cuenta con aditivos como oxidantes e inhibidores de corrosión.
Los fluidos tipo HM son usados mayormente en sistemas de alta presión, estos fluidos poseen mejoras en los aditivos antidesgaste gracias al uso de fosforo, zinc y sulfuro (Santosh & Swaroop).
Fluidos resistentes al fuego
Estos fluidos son mayormente utilizados en lugares donde existe un alto riesgo de incendios, ya que producen menos energía calorífica que los fluidos de base mineral, es decir poseen un BTU bajo (Santosh & Swaroop).
Fluidos Hidráulicos ambientalmente aceptables
Cuando un sistema hidráulico se encuentra trabajando en circunstancias donde un derrame representa un riesgo ambiental se usan este tipo de fluidos, son biodegradable y no dañan a criaturas acuáticas; las normas ISO han clasificado a estos fluidos en HETG, HEES, HEOG y HEPR (Santosh & Swaroop).A continuación en la figura 3 se resume la clasificación de los fluidos hidráulico:
Figura 3. Clasificación de los fluidos hidráulicos. (Santosh & Swaroop).
Clasificación Titulo
Tabla 2. Traducción Figura.2.04.Clasificación de los fluidos hidráulicos.
Texto Traducción
Hydraulic fluids Fluidos Hidráulicos Based on mineral oil and related
hydrocarbons
Basados en aceites minerales e hidrocarburos afines.
Fire resistant hydraulic fluids Fluidos hidráulicos resistentes al fuego
Environmentally aceptable hydraulic fluids
Fluidos hidráulicos ambientalmente aceptables
Si se analiza las propiedades de los fluidos se encuentra que varias de ella son muy importantes dentro de los sistemas hidráulicos del vehículo, ahora se analiza algunas de las propiedades que debe tener el líquido hidráulico.
Densidad
La densidad es el resultado de cantidad de masa en un volumen determinado, en el caso de los fluidos hidráulicos la densidad en inversamente proporcional a la temperatura (Santosh & Swaroop).
Viscosidad
Dentro de las propiedades de los fluidos hidráulicos se encuentra que la viscosidad es la propiedad de más relevancia, es de la viscosidad que depende la selección principal del sistema, especialmente en la bomba o motor, corrosión se debe analizar el sistema y las demandas a fin de determinar el fluido ideal. La fluidez es lo contrario a la viscosidad, la viscosidad se entiende como la resistencia que ejerce el fluido a moverse dentro del medio (Santosh & Swaroop).
Toxicidad
referentes al uso de fluidos o biolubricantes como por ejemplo: (Santosh & Swaroop)
Los estándares suecos SS 15 54 34
Los estándares norteamericanos ASTM
Biodegradabilidad
Las agentes biodegradables dentro de los fluidos hidráulicos responden a la situación global, estos fluidos se utilizan principalmente en perforaciones, maquinaria forestal, remoción de nieve etc. Las principales tipos de degradación son dos tipos básica y definitiva (Santosh & Swaroop).
Básico: Es el cambio mínimo que tienes la identidad de la sustancia.
Definitiva: Es el cambio total de la sustancia en dióxido de carbono, agua, sales inorgánicas y biomasa.
Para continuar analizando los sistemas de funcionamiento del motor y seguridad que utilizan líquidos hidráulicos pero con diferentes prestaciones a la del sistema de dirección, se tiene al sistema de frenado, este sistema utiliza líquido hidráulico para transmitir la fuerza del pedal hacia cada una de los neumáticos por medio de cañerías y sistemas como se analiza a continuación.
2.4.3 SISTEMA DE FRENOS
La finalidad de los frenos es de reducir la velocidad o detener completamente el vehículo, según el deseo del conductor, para este propósito la energía cinética debe ser trasformada a energía calorífica, por medio de rozamiento (Horst, 2003).
Los mecanismos instalados en el vehículo nos permiten realizar esta acción, con una alta seguridad y confianza. A parte, esto se debe realizar en el menor tiempo posible, reduciendo distancia y tiempo de frenado conservando el control sobre el vehículo; cuando se frena bruscamente las ruedas tienden a bloquearse produciendo una pérdida de adherencia y derrape. El sistema se puede apreciar en la figura 4.
Las leyes actuales regulan los materiales, tipos, características de los frenos dependiendo del tipo de vehículo que se tenga, su carga y características (Hermogenes, 2007).
Según el principio de Pascal, los líquidos son incompresibles, esta es la base para el principio del sistema de frenado, también se tiene otro principio dentro del sistema hidráulico, “Toda presión ejercida en un punto cualquiera en la superficie de un líquido se transmite en todas la direcciones y sin pérdida de intensidad” (Hermogenes, 2007). Como se explica en la figura 5.
Cuando el conductor acciona el pedal de freno, la presión generada en el cilindro se transmite por medio de las cañerías, generando un flujo hacia los sistemas de disco y de tambor, en estos sistemas como ya se ve antes el líquido presiona los bombines o pistones presionando la superficie de contacto, como lo indica la figura 6, el ejercicio de una resistencia al girar sobre las ruedas lo que produce una disminución en el giro, (Hermogenes, 2007).
Figura 6. Principio del sistema hidráulico de frenado. (Hermogenes, 2007).
Ahora se aborda el líquido que usa este sistema para su funcionamiento, se encuentran varias características y exigencias que debe poseer este líquido.
2.4.3.1 Líquido de frenos
Figura 7. Exigencias para los líquidos de frenos. (Post, Schmidt, Kant, & Behrens, 2003)
El punto de ebullición en húmedo es muy elevado (185°C / 365°F), superior a otros fluidos DOT 4
(155°C mini / 311°F mini) y DOT 3 (140°C mini / 284°F mini) permite utilizar productos de larga duración. Este tipo de líquidos de frenos DOT 3 / DOT 4 y DOT 5.1 tienen la propiedad de absorber la humedad del aire, disminuir el punto de ebullición y por la tanto la seguridad de frenado. El punto de ebullición en húmedo es representativo del estado del líquido pasado un año de utilización.
La viscosidad (820 cent poises a -40°C) más baja que los fluidos convencionales DOT 4 (hasta 1800 cp) y DOT 3 (hasta 1500 cp) permiten al fluido circular fácilmente entre las micro válvulas del sistema anti-bloqueo, sin entorpecer el movimiento de las mismas (Hermogenes, 2007).
Comportamiento neutro con las juntas utilizadas en los sistemas de frenado. Anti-corrosión.
Existen parámetros o exigencias que todo líquido de frenos para su correcto funcionamiento y seguridad de los ocupantes, ahora se abordan estas exigencias (Post, Schmidt, Kant, & Behrens, 2003).
Punto de ebullición
de frenos de tambor, se producen burbujas lo que reduce drásticamente la eficiencia de frenado (Post, Schmidt, Kant, & Behrens, 2003).
Punto de ebullición en húmedo
En líquidos a base de glicoles principalmente se llega a tener una absorción normal y controlada de humedad, esta humedad causa que el punto de ebullición de equilibrio del líquido disminuya. Esta absorción por difusión se puede dar a través de los tubos flexibles del sistema de frenos, es por esta razón por la cual se recomienda cambiar al líquido de frenos y también la purga de aire del sistema (Post, Schmidt, Kant, & Behrens, 2003).
Viscosidad
La viscosidad es la resistencia que ofrece un fluido para desplazarse interna o externamente, la viscosidad de un fluido está influencia por la temperatura, en este caso esta influencia deberá ser la menor posible, en una rango de temperatura amplio (-40°C… +100°C) (Post, Schmidt, Kant, & Behrens, 2003).
Compresibilidad
Como ya se ha hablado, la mayoría de líquidos poseen la característica de ser incompresibles, es una característica natural de los fluidos, en este caso si se supera el punto de ebullición aparecerían pequeñas burbujas las cuales por propiedades físicas son compresibles, distribuyendo la fuerza de frenado hacia el gas y no hacia el freno. Dentro del líquido de frenos se debe depender lo menos posible de la temperatura (Post, Schmidt, Kant, & Behrens, 2003).
Protección contra la corrosión
Dentro del sistema de frenos se tiene metales, el líquido de frenos no debe ser corrosivo para ninguno de estos metales, esto se logra a través de aditivos (Post, Schmidt, Kant, & Behrens, 2003).
Como se menciona antes de debe proteger los componentes del sistema de frenos, en este caso se explican los elastómeros los cuales son susceptibles de cambio de volumen, pero en ningún caso este debe ser superior al 16% de su volumen inicial (Post, Schmidt, Kant, & Behrens, 2003).
Se ha terminado de analizar el sistema de frenos del vehículo, desde sus partes, funcionamiento, hasta analizar las características y propiedades del líquido de frenos. Se entiende que es un sistema importante para la conducción y también para la seguridad de los pasajeros, una vez que se ha establecido la importancia del correcto nivel del fluido se está seguros que se debe adicionar un sistema que nos permita conocer el correcto nivel de este fluido.
2.4.4 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN.
Figura 8. Sistema de refrigeración (Espaciocoches, 2013)
Los problemas de corrosión, deformidad y resistencia mecánica aparecen cuando se supera las temperaturas normales de funcionamiento como en válvulas, asientos de válvulas, pistones, paredes del cilindro etc. Es por estas razones antes mencionadas que el sistema de refrigeración debe evacuar el exceso de calor de forma rápida y eficaz; manteniendo la temperatura optima del motor (Hermogenes, 2007).
2.4.4.1 El circuito de refrigeración
Los sistemas de refrigeración han venido evolucionado conforme evolucionan las nuevas tecnologías y aparecen nuevos requerimientos de trabajo del motor, los sistemas moderno se refrigeración son utilizados para calentar también carburadores, colectores, sistemas de arranques en frio y el habitáculo; así como, enfriar otros sistemas.
de ebullición, teniendo así en los sistemas actuales un aumento de dicho punto entre los 100 y hasta los 122°C.
La expansión que sufre el líquido refrigerante a causa de la alta temperatura y la formación del vapor es enviado al vaso de expansión y cuando se la temperatura del líquido desciende se toma mediante la auto respiración el líquido enviado al vaso expansor.
Figura 9. Esquema de funcionamiento del sistema de refrigeración. (Hermogenes, 2007).
En la figura 9 se puede observar un esquema generalizado de un sistema de refrigeración. El líquido refrigerante ha sido superior al agua, en prestaciones, ya que actualmente, no es necesario utilizarlo solo en invierno, además de mantener una limpieza del sistema (Crouse, 2006).
Existen, así, purgadores en ciertas partes del circuito, con lo cual se busca eliminar el aire o bolsas de vapor en el sistema que se pudiesen generar principalmente en la parte alta de la culata donde las temperaturas son altas en determinados motores (Hermogenes, 2007).
para que la transferencia de energía calorífica sea la más óptima, esta transferencia puede ser por convección o semi-convección (Hermogenes, 2007).
El líquido transfiere la energía calorífica desde los puntos calientes del motor hacia el radiador para su posterior transferencia al medio ambiente, a continuación se abarca todo en lo que al líquido refrigerante respecta.
2.4.4.2 Líquido refrigerante
Las fases del líquido refrigerante dependerán del rango de flujo de calor por área de contacto y la diferencia de temperaturas entra la superficie del metal y el líquido refrigerante; cuando el líquido toma contacto con las superficies más calientes, las cuales están localizadas alrededor de la cámara de combustión y válvula de escape, el líquido refrigerante cambia de estado, de líquido a gaseoso instantáneamente y sumado a la presión del sistema de refrigeración forma burbujas, las cuales transportan una gran cantidad de energía calorífica, estas burbujas se condensaran posteriormente. La superficie de fricción del refrigerante se mide en dinas/centímetro y es también influenciada por la viscosidad del fluido el fluido puede experimentar cuatro fases: (Bohacz, 2007)
Fase de convección:
Dada la presión producida por la bomba del sistema, el fluido recorre todo el sistema de refrigeración, ocasionando que la trasferencia de energía calorífica sea por convección forzada, ya que el fluido no supera su punto de ebullición y los rangos se mantienen bajos, en la mayor parte de la transferencia se mantiene una convección natural o forzada (Bohacz, 2007).
Fase de ebullición nucleada:
flujo del refrigerante; estas partes se ubican generalmente alrededor de la cámara de combustión, válvula de escape y bujías, el contacto con la superficie por una acción nucleada se produce una vaporización del fluido para su posterior condensación (Bohacz, 2007).
Fase de convección inestable:
Cuando la carga y velocidad del motor son elevadas, aumenta la cantidad de burbujas y también el tamaño de las mismas en el sistema, lo cual por consiguiente causa un aislamiento de entre el fluido y la superficie caliente ya que dichas burbujas forman una capa permanente alrededor de los puntos calientes, aumentando la temperatura y pudiendo causar inclusive una auto detonación (Bohacz, 2007).
Fase de convección estable:
Cuando la película formada por las altas cargas se vuelve una película estable sobre las superficies, se produce un intercambio de energía calorífica por medio del vapor entre los dos partes, este intercambio se da por conducción y radiación.
El sensor de temperatura del auto mide la temperatura del refrigerante, mas no la temperatura de la superficie del metal, cuando ocurre una fase de convección inestable, la temperatura del fluido refrigerante será baja pero la temperatura del motor será elevada ya que no existe una transferencia de energía entre los dos. A lo largo de la historia el agua ha venido jugando un papel muy importante entre los refrigerantes, actualmente existen dos tipos de líquido refrigerante predominantes, el primero contiene agua en diferentes proporciones, el otro son líquidos no acuosos a base de propileno y glicol que no contienen agua.
refrigerante debe poseer también contiene otras características no deseables, se congela y la segunda, corroe (Bohacz, 2007).
Características del líquido refrigerante
Existen ciertas características a tomar encuentra dentro de un líquido refrigerante, las magnitudes difieren pero entre ellas se encuentra: peso molecular o solubilidad, higroscopicidad, presión en expansión, punto de ebullición, viscosidad, punto de congelamiento, calor especifico, densidad, tensión superficial, inflamabilidad, toxicidad e índice de refracción.
Existen 2 tipos principales de líquido refrigerante, el uno es con una mezcla de glicol-etileno, al cual de ahora en adelante no se refiere como GE, con agua en una relación de 50% cada uno, el otro tiene como base glicol-propileno al cual se refiere como GP, los dos mantienen diferentes características el uno con respecto del otro aunque los dos comparten la clasificación de los glicoles. Los glicoles no solamente son usados como anti-refrigerante también son usados en la formulación de resinas, plásticos, solventes, fertilizantes, comida, crema de afeitar, y muchos más, siendo el más comercializado bajo diferentes marcas comerciales el GE.
Ahora se explican algunos de las características que debe tener un líquido refrigerante: (Bohacz, 2007)
Solubilidad
Higroscopicidad
Esta es la característica del líquido refrigerante de absorber y retener la humedad del ambiente, esta es la razón por la cual los glicoles son utilizados como humectantes y rehidratantes.
Esta característica también es usada para absorber la humedad del ambiente y utilizar del este modo el sistema y el líquido como decantador (Bohacz, 2007).
Presión de Vapor y punto de ebullición
Las características químicas del fluido determinan la cantidad de vapor generado, al ser generado este vapor también generará una presión, conocida como presión de vapor, esta aumenta a medida que la temperatura del fluido aumenta. Si se coloca un fluido en un contenedor abierto, el fluido tendrá su punto de ebullición cuando su presión de vapor generado iguale la presión atmosférica.
Cuando la presión atmosférica disminuye como es el caso de un aumento de altura, el punto de ebullición también disminuirá, antiguamente, los sistemas de refrigeración no eran presurizados, complicando la labor de los motores con altas cargas y alturas altas. Fluidos como GE y GP tienen menores presiones de vapor y sus puntos de ebullición son más altos que los del agua, si la presión externa disminuyera, el punto de ebullición de los glicoles también disminuiría aunque este punto seguiría siendo más alto de que el del agua (Bohacz, 2007).
Viscosidad
características que los ayudan a fluir con facilidad, a pesar de poseer altas temperaturas de ebullición y junto con el agua son fácilmente mezclados y bombeados a través de todo el sistema de refrigeración (Bohacz, 2007).
Punto de congelamiento
A medida que la temperatura disminuye, los fluidos tienden a aumentar su viscosidad o a cristalizarse dado el reducido movimiento de las moléculas, la cristalización ocurre en el agua mientras que en otras sustancias ocurre el fenómeno llamado súper-enfriamiento, los glicoles no poseen puntos agudos de congelamiento, estos pasan a una etapa de súper-enfriamiento; esto se soluciona con la adición de agua a los glicoles, lo que les otorga un punto de congelamiento inferior al del agua pero también protección contra el súper-enfriamiento (Bohacz, 2007).
Figura 10. Líquido refrigerante. (Doit, 2015)
2.4.5 SISTEMA DE LIMPIAPARABRISAS
El sistema de limpiaparabrisas es un sistema de limpieza y remoción de elementos que puedan perturbar la buena visibilidad, ocasionando que no se puedan analizar las condiciones exteriores, dificultando así la correcta conducción y disminuyendo la seguridad de los ocupantes (Casado, 2009).
Figura 11. Motor del sistema de limpiaparabrisas. (Águeda, García, Gómez, Navarro, & Gracia, 2009).
Figura 12. Brazo de arrastre y escobilla. (Águeda, García, Gómez, Navarro, & Gracia, 2009).
2.4.5.1 Motor del sistema hidráulico
Dentro del sistema de limpiaparabrisas existe un pequeño recipiente con agua, dentro de este recipiente se encuentra un pequeño motor eléctrico, comprende una turbina interna la cual impulsa el fluido por medio de un difusor hacia el exterior hacia el parabrisas (Águeda, García, Gómez, Navarro, & Gracia, 2009).
La figura 13 muestra un esquema del sistema de limpiaparabrisas trasero completo:
Figura 13. Esquema del sistema limpiaparabrisas trasero con sistema hidráulico. (Águeda, García, Gómez, Navarro, & Gracia,
Cuando se acciona el mando que se encuentra cerca del volante energizamos el circuito y a continuación el funcionamiento del sistema:
Una vez energizado el relé, la bovina se acciona y permite el paso de electricidad desde la batería hacia el motor, el motor alternará el giro para cubrir la mayor parte del parabrisas para su limpieza (Águeda, García, Gómez, Navarro, & Gracia, 2009).
En caso de accionar el pulsador, el motor del sistema hidráulico trabajara expulsando el líquido del sistema de limpiaparabrisas hacia el exterior, esto en el caso de que se requiera mover elementos que puedan afectar la visibilidad, este sistema se accionara mientras se mantenga accionado el pulsador y así se permita el paso de corriente hacia el relé; caso contrario el brazo de arrastre terminara su recorrido y regresara a la posición original (Águeda, García, Gómez, Navarro, & Gracia, 2009).
2.4.5.2 Liquido limpiaparabrisas
Como se dijo antes el fluido fundamental del sistema de limpiaparabrisas es el agua, la razón, es la fuente de líquido más abundante en el mundo.
La molécula de agua está en forma de tetraedro con el átomo de oxígeno en el centro y dos enlaces de hidrogeno (Garrido & Teijón, 2006).
Dentro de las propiedades del agua se tiene las siguientes
Elevado calor de vaporización
Elevada conductividad térmica
Es una capacidad que poseen los fluidos en la cual se mide la conducción de energía calorífica, en el caso del agua esta conductividad térmica es alta, lo que causa que el sistema de limpiaparabrisas aumente su temperatura y se produzca una vaporización, es por esto que el sistema debe mantenerse alejado de los sistemas que generen un alto calor y mantenerse en un lugar ventilado y templado (Garrido & Teijón, 2006).
Elevada tensión superficial
Esta es una característica de los fluidos. Está representada como la cohesión que existe entre las moléculas de la superficie del agua, esto es importante ya que la se necesita que exista una tensión superficial en el parabrisas del vehículo para así remover todos los elementos indeseados en el parabrisas (Garrido & Teijón, 2006).
Se ha analizado el fluido, las propiedades del fluido son útiles para cumplir con su propósito el cual es ayudar al sistema limpiaparabrisas a remover elementos no deseados, en el caso de lluvia, el sistema requerirá en un principio una ayuda del fluido para retirar la película de suciedad con ayuda de la escobilla.
2.5 CONTROL ELECTRÓNICO CON SISTEMA ARDUINO
Los tableros de interfaz Arduino permiten elaborar proyectos en base a controladores se pueden usar como tecnología para elaborar diferentes proyectos, Arduino es un tablero pequeño, microcontrolador, que posee un conector de serie universal o USB para conectar a la computadora y varios puertos que pueden ser conectados hacia aparatos electrónicos externos como motores, relés, sensores de luz, diodos, parlantes micrófonos y más; la fuete de poder puede venir desde una computadora, una batería de 9 voltios o una fuente de poder y son controlados mediante la computadora también una vez programado al tablero desde la computadora se podrá desconectar para que así pueda trabajar independientemente con una fuente de energía externa (McRoberts, 2013).
El diseño del tablero es de diseño abierto, esto quiere decir que cualquier persona puede elaborar tableros que sean compatibles con el sistema Arduino, esto ha llevado a que los elementos compartidos en Arduino y el mismo procesador Arduino tengan un costo bastante bajo, el software para programar Arduino es fácil de usar y está completamente gratis para plataformas como Windows, Mac y Linux.
Arduino se conecta a una computadora a través de un puerto universal USB, esto quiere decir que la interfaz Ethernet no puede ser utilizada para controlar los mismos aparatos electrónicos desde una computadora (Monk, 2012).
2.5.1 ORÍGENES DE ARDUINO
en los tableros Arduino los cuales siguen siendo bastante utilizados. Otra de las claves del éxito de Arduino es su gran número de diversos tableros, cada uno con diferentes capacidades y usos, adicionalmente se tiene placas que se pueden sobreponer de manera natural a los tableros Arduino como extensiones del sistema o como elementos adicionales, entre las placas más utilizadas se tiene: (Monk, 2012)
La figura 14, muestra un sistema Arduino UNO con una placa de Ethernet: (Monk, 2012).
Figura 14. Tablero Arduino Uno con placa de Ethernet. (Monk, 2012).
2.5.2 TABLERO ARDUINO
El corazón de Arduino es un microcontrolador, es decir la mayoría de cosas en el microcontrolador están destinadas para proveer al tablero con energía necesaria permitiendo una conexión con la computadora.
programable borrable o una memoria flash para retener programas, tiene a su vez pines de entrada y de salida estos conectan al microcontrolador con el resto aparatos o dispositivos electrónicos (Barrett, 2013).
Las entradas pueden leer tanto señales digitales como señales análogas esto abre la oportunidad de conectar varios tipos de sensores como pueden ser de proximidad de luz temperatura sonido etc.
Las salidas pude ser análogas o digitales, entonces se puede configurar una salida para que este encendida o apagada (0 o 5 Voltios), esto puede encender o apagar sistemas de luces LED directamente, o se puede usar la salida para controlar sistemas que requieren de más energía como motores; se puede programar una salida para que emita determinado voltaje permitiendo controlar motores, la intensidad de una luz en lugar de solo encenderlo o apagarlo (Evans, 2013).
El microprocesador de Arduino se encuentra en la parte central, este chip contiene el procesador de memoria y toda la electrónica para las pines de salida y de entrada; es elaborado por la compañía Atmel, la cual es la compañía más grande de elaboración de microprocesadores, la cual produce actualmente decenas de microprocesadores agrupados en distintas familias de tableros. Una de las ventajas del sistema Arduino es la estandarización de sus tableros (Monk, 2012).
2.5.3 CONEXIONES DIGITALES
En la parte derecha de la figura 15 se encuentra pines etiquetados como digitales/análogos, estos puede ser usados como salidas o como entradas, cuando actúan de como salidas se comportan como proveedores de voltajes como se ha dicho en la parte anterior excepto que todos estos trabajan a 5 Voltios y puede ser encendidos o apagados desde el esquema de programación, cuando se lo programa como encendido el pin emite una señal de 5 voltios, cuando se lo programa como apagado emite una señal de 0 voltios, las primeras dos conexiones del tablero están etiquetados como RX y como TX, estos pines están reservados para usarse en la comunicación e indirectamente se usan para recibir y transmitir conexiones entre el cable USB y la computadora. Estas conexiones digitales pueden proveer 40 mA (miliamperios) a 5 Voltios, lo cual es más que suficiente para manejar la luz LED pero demasiado bajas como para manejar un motor directamente (Monk, 2012).
2.5.4 MICROCONTROLADOR ARDUINO ATMEGA 2560
El Mega 2560 es un tablero microcontrolador basado en un ATmega2560, tiene 54 entradas/salidas digitales, se debe tomar en cuenta estas salidas digitales ya que el sistema de pantalla TFT ocupa los pines de salida digitales, 16 entradas análogas, 4 UARTs (puertos seriales de hardware), un cristal oscilador a 16Mzh, conector USB y un conector de poder. Posee todo lo necesario para el correcto funcionamiento del microcontrolador, la energía proviene del conector USB o de la fuente de conversión AC a DC, el Mega 2560 es compatible con la mayoría de escudos. El Arduino Mega 2560 es una actualización al anterior microcontrolador Mega. (©Arduino, 2015)
Tabla 3. Características del Arduino Mega2560. (©Arduino, 2015)
Voltaje de operación: 5V Voltaje de entrada: 7-12V Límite de voltaje de entrada: 6-20V Entradas y Salidas Digitales: 54 Entradas análogas: 16
Memoria Flash: 256 KB
SRAM: 8 KB
EEPROM 4 KB
La fuente de poder es seleccionada automáticamente, entre el cable USB y la fuente AC/DC. La fuente externa (no USB), puede venir de una batería o de un adaptador de pared, el adaptador se conecta al puerto de conexión de 2.1mm.
El tablero puede operar con una energía externa desde 6 hasta 20 voltios, pero si este voltaje es bajo el pin de 5V enviará menos de 5V, y si el conector envía más de 12V podría volver inestable el circuito y dañar el tablero, lo recomendable es trabajar con una energía de 7 a 12 voltios.
En los pines de poder se tiene el pin VIN, el cual es usado en el caso que se requiera usar una fuente de poder externa, diferente a las ya explicadas, (USB o Adaptador de pared).
Figura 15. Arduino ATmega2560 (Barrett, 2013)
Software
Con una introducción sobre Arduino, sus tableros y usos, ahora explicaremos la instalación del programa, el software que utilizaremos para la programación de los dispositivos.
Encendido
En el tablero Arduino se encuentra pre instalado un esquema de programación, el cual realiza encendidos y pagados de una luz LED instalado en el interior del tablero que hace que un una luz LED, instalado de fábrica dentro del tablero, este LED está conectado con el pin digital número 13, el cual lo limita a un pin de salida, como la luz LED consume muy poca corriente se lo puede utilizar para conectar otros dispositivos al pin 13. (Monk, 2012).
Para comenzar, necesitamos una fuente de energía con la finalidad de energizar al dispositivo, la forma más común de realizarlo es conectar el dispositivo Arduino a una computadora mediante una cable USB tipo A a tipo
Fusible
B, este cable es usado en la comunicación entre impresoras y computadoras, una vez conectado la luz LED deberá emitir una señal intermitente. (Monk, 2012).
Instalando el software
Una vez comprobado que las luces dentro del Tablero Arduino se enciendan, esto indicara que el sistema está funcionando, pero para programar se requiere una interfaz de comunicación con la computadora, aparte de la conexión preestablecida con el cable USB, requerimos instalar el software Arduino, compatible con el que se observa en la figura 16: (Monk, 2012).
Figura 16. Software Arduino. (Monk, 2012)
Una vez instalado el sistema de programación en el ordenador y los drivers en el sistema podemos comenzar a introducir los bocetos y comandos dentro del Tablero Arduino.
Una vez concluido los ángeles pasos y al iniciar el programa de Arduino nos encontramos con un esquema en blanco, se pueden incluir esquemas pre instalados en el programa, (Monk, 2012), como los que observamos en la figura 17:
Figura 17. Cargando programa “blink”. (Monk, 2012).
Figura 18. Selección tablero Arduino. (Monk, 2012).
Así, también el puerto serial al cual se encuentra trabajando el dispositivo, estos se encuentran en la barra de herramientas como lo muestra la figura 19:
Generalmente en Windows, el puerto de serie es el COM3, en otros sistemas operativos como Linux o Mac, se puede apreciar otros puertos de serie, en este caso dispositivo va a estar siempre primero en la lista, y debe estar indicado como /dev/tty.usbmodem621. (Monk, 2012). Como está en la siguiente figura 20:
Figura 20. Selección de puerto de salida en Mac o Linux. (Monk, 2012).
Una vez cargado el esquema el tablero cargara el esquema y se deberá observar la luz LED con el programa intermitente cargado; ahora modificaremos para hacer el esquema intermitente más rápido, para realizarlo debemos encontrar en el esquema la palabra “delay” (retraso), este se encuentra en 1000 milisegundos, (Monk, 2012), como muestra la figura 21:
Figura 21. Esquema “blink” en funcionamiento. (Monk, 2012).
Figura 22. Modificación esquema “blink ” (Monk, 2012).
Damos click en el botón de cargar: una vez cargado el esquema deberemos observar que la luz LED comienza a tener una secuencia mucho más rápido en el programa intermitente y con estos se mostró como modificar un esquema.
La aplicación Arduino
Figura 23. Guardando un esquema Arduino. (Monk, 2012).
3 METODOLOGÍA
Se presenta sistemáticamente todo lo requerido para el cumplimiento de los objetivos, acorde al tema del trabajo; el rigor científico y profesional del proyecto.
La validación de los datos y de los aspectos aquí tratados son lo que determinan el rigor científico y profesional, todos los datos presentados son verídicos, de dominios públicos y verificables, así se presentan algunos datos ya concisos y científicos, como son: el mantenimiento, los sistemas del vehículo y el software y hardware.
Todos estos análisis han llevado a ciertas conclusiones, como son la vital importancia de los fluidos dentro de los sistemas a fin de evitar daños en el vehículo o situaciones que puedan comprometer la seguridad de los ocupantes del vehículo y demás personas en uso del sistema vial; también se sabe que dentro del mantenimiento existe el monitoreo de condición, el cual junto con un software y un hardware adecuado traería muchos beneficios a los sistemas actuales de seguridad activa.
3.1 MATERIALES
Aproximadamente se utilizaran los materiales que se detallan a continuación, tomando en consideración que son de propiedad del autor de la tesis. Se espera utilizar los siguientes materiales:
Arduino UNO R3 con DIP ATmega328P
SainSmart Mega 2560
Pantalla 2.2” TFT LCD
Escudo para pantalla 2.2 TFT LCD.
Arduino software para micro controladores.
Sensores SKU:SEN0114.
Sensor HC-SR04.
Separador plástico para Sensor HC-SR04.
Pantalla LCD 2X16.
Conjunto de cables de 8 metros # 24.
2 Conectores de 6 pines.
Bus de datos.
conectores de 3 pines.
Conector de 4 pines.
Estaño.
Pasta de suelda.
Fuente de poder de 5 V a 2 amp.
Cable de conexión y datos
Silicón para conexiones
Taladro
3.2 HERRAMIENTAS
Multímetro
Baquelita para diseño de placas.
Cautín.
3.3 MÉTODOS.
Como parte del rigor científico se va a analizar las características del vehículo, las deficiencias que puede poseer, ubicación y accesibilidad a los fluidos, diseño de envases. Se va a establecer las fases que va a tener el proyecto, con la finalidad de cumplir con sus objetivos, los métodos van a ir desde analizar las características del vehículo hasta la construcción del proyecto y su implementación dentro del vehículo, pasando por el análisis de los sensores a utilizarse y también del microcontrolador.
3.3.1 MÉTODOS TEÓRICOS
Para la elaboración de este proyecto se combinará la información obtenida de fuentes bibliográficas y virtuales; se unió con la teoría aprendida a lo largo de la educación universitaria.
Es importante saber que la biografía escrita es fundamental para un buen entendimiento de los sistemas aplicados.
3.3.2 MÉTODOS EMPÍRICOS
El trabajo se realizó de una manera práctica y teórica para esto se debe realizar pruebas de acierto error, ya que se exploran sistemas delicados del vehículo, como por ejemplo los sistemas de frenado y de refrigeración.
3.4 ANALISIS DE SELECCIÓN DE VEHICULO
bahía del motor de gran tamaño, esto sin duda es fundamental ya que se exploró al detalle los sistemas involucrados en el fin. Se puede apreciar la misma en la figura 16.
Figura 24. Camioneta utilizada en el trabajo de tesis.
3.5 CARACTERÍSTICAS DEL VEHÍCULO.
En la tabla 1. Se observa las características del vehículo, ahora se estudia la localización de las partes más representativas e importantes, incluyendo lo recipientes que contienen el fluido que corresponde a este proyecto: