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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DECHIMBORAZOFACULTAD DE MECÁNICAESCUELA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN ASIENTOERGONÓMICO EN FIBRA NATURAL APLICADO A UNVEHÍCULO DE COMPETENCIA TIPO FÓRMULA SAEPARA LA ESPOCH”MANOTOA LABRE WILLIAM VINICIOGARCÍA CALLE HÉCTOR FABIÁNTESIS DE GRADOPrevia a la obtención del Título de:INGENIERO AUTOMOTRIZRIOBAMBA – ECUADOR2016

ESPOCHFacultad de MecánicaCERTIFICADO DE APROBACIÓN DE TESIS2015-11-19Yo recomiendo que la Tesis preparada por:MANOTOA LABRE WILLIAM VINICIOGARCÍA CALLE HÉCTOR FABIÁNTitulada:“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN ASIENTO ERGONÓMICO EN FIBRANATURAL APLICADO A UN VEHÍCULO DE COMPETENCIA TIPOFÓRMULA SAE PARA LA ESPOCH”Sea aceptada como parcial complementación de los requerimientos para el Título de:INGENIERO AUTOMOTRIZIng. Carlos Santillán MariñoDECANO DE LA FAC. DE MECÁNICANosotros coincidimos con esta recomendación:Ing. Celin PadillaDIRECTOR DE TESISIng. Edwin PozoASESOR DE TESIS

ESPOCHFacultad de MecánicaCERTIFICADO DE EXAMINACIÓN DE TESISNOMBRE DEL ESTUDIANTE: MANOTOA LABRE WILLIAM VINICIOTÍTULO DE LA TESIS: “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN ASIENTOERGONÓMICO EN FIBRA NATURAL APLICADO A UN VEHÍCULO DECOMPETENCIA TIPO FÓRMULA SAE PARA LA ESPOCH”Fecha de Examinación: 2016-11-10RESULTADO DE LA EXAMINACIÓN:COMITÉ DE EXAMINACIÓNAPRUEBANOAPRUEBAFIRMAIng. Pablo SinchiguanoPRESIDENTE TRIB. DEFENSAIng. Celin PadillaDIRECTOR DE TESISIng. Edwin PozoASESOR DE TESIS* Más que un voto de no aprobación es razón suficiente para la falla total.RECOMENDACIONES:El Presidente del Tribunal certifica que las condiciones de la defensa se han cumplido.Ing. Pablo SinchiguanoPRESIDENTE DEL TRIBUNAL

ESPOCHFacultad de MecánicaCERTIFICADO DE EXAMINACIÓN DE TESISNOMBRE DEL ESTUDIANTE: GARCÍA CALLE HÉCTOR FABIÁNTÍTULO DE LA TESIS: “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN ASIENTOERGONÓMICO EN FIBRA NATURAL APLICADO A UN VEHÍCULO DECOMPETENCIA TIPO FÓRMULA SAE PARA LA ESPOCH”Fecha de Examinación: 2016-11-10RESULTADO DE LA EXAMINACIÓN:COMITÉ DE EXAMINACIÓNAPRUEBANOAPRUEBAFIRMAIng. Pablo SinchiguanoPRESIDENTE TRIB. DEFENSAIng. Celin PadillaDIRECTOR DE TESISIng. Edwin PozoASESOR DE TESIS* Más que un voto de no aprobación es razón suficiente para la falla total.RECOMENDACIONES:El Presidente del Tribunal certifica que las condiciones de la defensa se han cumplido.Ing. Pablo SinchiguanoPRESIDENTE DEL TRIBUNAL

DERECHOS DE AUTORÍAEl trabajo de titulación que presentamos, es original y basado en el proceso deinvestigación y/o adaptación tecnológica establecido en la Facultad de Mecánica de laEscuela Superior Politécnica de Chimborazo. En tal virtud, los fundamentos teóricoscientíficos y los resultados son de exclusiva responsabilidad de los autores. El patrimoniointelectual le pertenece a la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo.Manotoa Labre William VinicioGarcía Calle Héctor Fabián

DEDICATORIAEste presente trabajo va dedicado a Dios por haberme dado inteligencia y la fuerza paratrabajar y estudiar a la vez, también a mis queridos padres Manuel y Herminia quienesme dieron la vida y siempre estuvieron apoyándome y aconsejándome para poder cumplircon mi objetivo.A mis queridos hermanos Gaby, Danny, Carmita y Christian por animarme con cada unade sus ocurrencias en los momentos difíciles de mi carrera, en especial a mi esposaFernanda por su amor, apoyo y comprensión que fueron importantes para mi superación,a mi amada hija María Fernanda por ser lo más maravillosos que uno puede pedir en lavida.William Manotoa LabreDedico este proyecto de titulación a mis padres, Lauro García y Ana Calle, quienes sehan esmerado en apoyarme durante todos mis estudios, los cuales no hubiesen sidoposibles sin su constante sacrificio.A mis familiares Elsa Calle, Martha Calle, Mercedes Padilla, Ramiro Andrade, a mishermanos Edwin García y Leonardo García, quienes me han dado su apoyo incondicionaldurante estos años. Como también a mis amigos más cercanos Cristian Andrade y LuisGuamán por el apoyo moral en los momentos de mayor dificultad de mi carrera.Finalmente, dedico la culminación de este proyecto de titulación a un amigo muy especial,que, aunque falleció, siempre fue la razón para seguir adelante y no rendirme, a todosellos mil gracias por todo.Héctor García Calle

AGRADECIMIENTOMi más sincero agradecimiento a la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. Enespecial a la Carrera de Ingeniería Automotriz por darme la oportunidad de obtener unaprofesión que posteriormente me ayudara a dar una mejor vida a mi familia.De igual manera, un agradecimiento muy especial a Rosita quien a través de sus palabrasde motivación que estuvieron presentes en las etapas más difíciles a lo largo de mi carrerauniversitaria y a nuestros compañeros con quienes luchamos diariamente para culminarcon éxito esta etapa de vida.Agradezco infinitamente al Ing. Celin Padilla y Edwin Pozo, tutor y asesor del proyectode titulación, quienes han sabido apoyarnos durante el desarrollo del mismo para lograrnuestro objetivo.William Manotoa Labre Agradezco infinitamente a mis padres, LAURO GARCIA VALDEZ y ANA CALLEPADILLA, quienes han sabido aconsejarme, guiarme y más que nada por habermeotorgado su confianza durante todos estos años para culminar mis estudios con éxito.De igual manera, un agradecimiento muy especial a todos aquellos amigos, compañeros,profesores y demás familiares, que estuvieron presentes en las etapas más difíciles a lolargo de mi carrera universitaria.Agradezco también al Ing. Celin Padilla y Edwin Pozo, tutor y asesor del proyecto detitulación, quienes han sabido guiarnos durante todo el desarrollo del mismo para lograrnuestro cometido.Héctor García Calle

ÓNGeneralidades. 14Antecedentes . 14Justificación . 16Objetivos . 17Objetivo general . 17Objetivos específicos. 17ANÁLISIS PARA LA ELABORACIÓN DE UN ASIENTOERGONÓMICO EN VEHÍCULOS DE COMPETENCIA2.1Asiento . 182.1.1Tipos de asientos de competición . 192.1.1.1 Según su estructura . 192.1.1.2 Según su funcionalidad . 202.1.1.3 Según su confort. 202.1.2Accidentes producidos por vehículos de competición . 212.1.2.1 Colisión . 212.1.2.2 Estrellamiento . 212.1.2.3 Por alcance . 212.1.2.4 Roce. . 222.1.2.5 Volcamiento . 222.1.2.6 Choque . 222.1.2.7 Rozamiento. 232.1.2.8 Caída . 232.1.2.9 Despiste . 232.1.2.10 Centrifugación . 232.1.2.11 Incendio . 232.1.3Lesiones producidas en las personas durante los ciclos de conducción . 232.1.3.1 Traumatismos en la cabeza. 242.1.3.2 Traumatismos en el cuello . 242.2Fórmula SAE . 242.2.1Consideraciones técnicas del asiento ergonómico según la FSAE 2015 . 262.2.1.1 Reglas restricciones . 262.2.1.2 Restricciones geométricas . 282.2.1.3 Restricciones de fabricación . 292.2.1.4 Restricciones económicas y tecnológicas . 292.3Antropometría . 292.3.1Historia . 292.3.2Definición. 30

.3Importancia. . 31Clasificación de la antropometría . 31Estática . 31Funcional . 32Newtoniana . 32Antropometría y el proceso de diseño . 32El hombre promedio y los límites de diseño . 32Presentación de datos, percentiles, variabilidad. 33Fuentes y tipos de datos. . 34Ergonomía en la industria automotriz . 35Historia . 36Doméstica . 37Artesanal . 38Industrial . 39Definición, enfoques y necesidad. 39Funciones piloto –vehículo . 40Sistemas piloto – vehículo. 40Métodos empleados en ergonomía . 41Influencia ergonómica . 41Diseño automotriz . 42Tratamiento de datos antropométricos para el diseño automotriz. 44Modelos a escala “Quick and Dirty” . 45Modelos asistidos por softwares de diseño. 45Características de diseño de un asiento . 46Fibras naturales . 46Fibra de cabuya como material de refuerzo . 49Propiedades y características mecánicas de la fibra de cabuya . 51Uso de fibras en un vehículo monoplaza . 52Ventajas y desventajas de los materiales compuestos en la industriaautomotriz . 53Resina. 53Clasificación de las resinas . 53Resina de poliéster . 54Curado de la resina de poliéster. 54Hipótesis . 56Determinación de variables . 56Variables independientes. . 56Variables dependientes . 56Relación entre variables . 563.3.13.1.13.1.2DISEÑO DEL ASIENTO ERGONÓMICOParámetros de diseño . 57Criterios de espacio . 57Rigidez Torsional . 58

.63.73.7.13.7.23.7.33.7.4Desarrollo de las fases de diseño . 59Diseño conceptual. 59Modelado del asiento asistido por software . 60Modelado geométrico del asiento ergonómico . 60Análisis del asiento ergonómico . 62Métodos de elementos finitos (MEF) . 62Análisis estático . 63Análisis por tensión plana . 63Parámetros establecidos por el reglamento FSAE . 64Condiciones extremas de estudio según la FSAE . 65Escenario de simulación. . 65Asignación de las propiedades de la fibra de cabuya . 66Consideraciones para los estudios por elementos finitos. 67Solucionador . 67Convergencia . 68Mallado . 68Métrica de la malla . 69Criterio de aceptación del análisis . 70Condiciones de contorno del asiento ergonómico y firewall . 70Cálculo de cargas para la validación del diseño en Ansys . 70Fuerza de frenado del vehículo . 71Fuerza centrífuga producida por el piloto . 72Peso del piloto . 74Presión ejercida por el piloto (P). . 75Momentos de torsión generada por la fuerza centrífuga (MtFc) . 76Momento de flexión generado por la fuerza de frenado (MfFf) . 77Temperatura externa producida por el motor . 78Simulación . 78Análisis de resultados . 79Diagrama de deformación total . 79Diagrama de tensiones de VON-MISSES . 79Diagrama del esfuerzo máximo . 80Diagrama del factor de seguridad . E DE PRUEBAS Y CONSTRUCCIÓN DE ASIENTOSelección de material de refuerzo para la matriz . 82Caracterización de material . 82Desarrollo de probetas según la norma ASTM D790 . 83Ensayo de resistencia a la tracción . 83Ensayo de resistencia a la flexión. 84Ensayo de impacto . 85Análisis de tiempos . 86Diagrama de desarrollo asiento – firewall FSAE. . 87Manufactura del asiento-firewall FSAE . 88

.74.7.14.7.2Método y manufactura de moldes asiento y firewall . 88Definición y selección del método de manufactura . 88Manufactura del mock-up asiento FSAE . 88Manufactura del mock-up firewall FSAE . 90Método y manufactura ASIENTO- FIREWALL FSAE. 91Definición y selección del método de manufactura . 91Proceso de manufactura ASIENTO FSAE. . 92Impregnación . 92Laminado . 93Curado . 93Proceso de manufactura FIREWALL FSAE. . 94Impregnación . 94Laminado . 94Curado . 95Proceso de perforación de agujeros para el arnés de seguridad . 95Proceso de pintado . 96Anclaje del asiento ergonómico al chasis . 97Verificación del cumplimiento de las restricciones según la FSAE . 99Posición ergonómica del conductor . 99Ubicación del arnés de seguridad . 1005.5.15.25.3ANÁLISIS DE COSTOSCostos directos. . 102Costos indirectos. . 104Costos totales. . 1046.6.16.2CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESConclusiones . 106Recomendaciones . 107BIBLIOGRAFÍAANEXOSPLANOS