1Contenido I. GENERALIDADES.................................................................................................................... 2 1.1. INTRODUCCION ........................................................................................................ 2 1.2. RESUMEN .....................................................................Error! Bookmark not defined. 1.3. JUSTIFICACION...........................................................Error! Bookmark not defined. 1.4. OBJETIVOS DE PROYECTO .................................................................................. 2 1.4.1. OBJETIVO GENERAL: ...................................................................................... 2 1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: ........................................................................... 2 II. DESARROLLO DE SOLUCION DEL PROBLEMA ....................................................... 3 2.1. HIPOTESIS ...................................................................Error! Bookmark not defined. 2.2. DESCRPCION PROCEDIMENTAL ...........................Error! Bookmark not defined. III. RESULTADOS DEL ANALISIS Y SIMULACIONES ................................................. 3 3.1. CÁLCULOS ANALÍTICOS ........................................................................................ 4 3.2. FUERZA RESULTANTE ........................................................................................... 5 3.2.1. FUERZA DE REACCION .................................................................................. 5 3.2.2. MOMENTO DE REACCION ............................................................................. 5 3.3. INFORMACION DEL MODELO ............................................................................... 5 3.4. RESULTADOS DEL ESTUDIO ................................................................................ 6 IV. DISCUCIONES DE RESULTADOS .......................................................................... 13 V. CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS ........................................................................... 13 VI. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................. 13 VII. ANEXOS ........................................................................................................................ 13 DISEÑO DE UN TANQUE DE COMBUSTIBLE A GLP INGENIERÍA MECÁNICA 2 I. GENERALIDADES 1.1. INTRODUCCION La necesidad de llevar un control ordenado, completo y profundo sobre el comportamiento de un combustible a efectos que se pueda producir dentro de un tanque de gas en un vehículo; dio lugar al análisis y simulación de un tanque vehicular a glp. Y también tener un control sobre la seguridad de combustibles líquidos y los reglamentos de gas licuado de petróleo. Es necesario tener en cuenta los establecimientos que expenden GLP automotriz el único reglamento emitidoes el Reglamento de Establecimientos de Gas Licuado de Petróleo para uso Automotor-Gaseocentros aprobado por D.S. Nº 019-97-EM en fecha 5 de Setiembre de 1997 que son los que abastecen los tanques vehiculares. Hasta enero del 2016 se ha registrado casi 226 mil unidades activas que utilizan este combustible. La provincia de Lambayeque es uno de los principales consumidores de GLP, actualmente el consumo de GLP vehicular se ha incrementado debido al ingreso de nuevos vehículos en el parque automotor que consumen este combustible y la conversión de antiguos vehículo a esta. Ante los diversos problemas señalados líneas arriba toma razón de ser nuestra investigación, que presenta un estudio y diseño de un tanque de gas dentro de un vehículo para que que proporciona glp al motor para una mejor eficiencia mecánica comparado con otros combustibles. 1.2. OBJETIVOS DE PROYECTO 1.2.1. OBJETIVO GENERAL: Realizar el estudio y diseño de un tanque vehicular a GLP. 1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Realizar el análisis computacional mediante el software de SolidWorks Dimensionar el tanque vehicular a GLP a fin de que pueda llenarse hasta un 80% de su capacidad. Elaborar los planos conforme al diseño del tanque vehicular a GLP. DISEÑO DE UN TANQUE DE COMBUSTIBLE A GLP INGENIERÍA MECÁNICA 3 II. DESARROLLO DE SOLUCION DEL PROBLEMA Combustible GLP o Gas LP es una abreviatura de Gas Licuado de Petróleo. Utilizado como combustible para vehículos, el GLP se denomina a veces autogas. El GLP es una mezcla de los hidrocarburos butano y propano. A la temperatura y presión atmosférica normales estos productos son gaseosos, pero bajo una presión moderada se convierten en líquidos. Esto permite un transporte y almacenamiento fácil. El GLP en estado líquido incrementa su volumen un 2 % por cada 10 grados (C) de incremento de temperatura. Por esta razón, los tanques de GLP nunca deben llenarse a más del 85 % de su capacidad (las disposiciones varían). Tanque de GLP: Principalmente está hecho de acero aleado, y deben ser capaces de almacenar en espacios bien ventilados, protegidos del sol, del agua, de la lluvia, de la humedad y de ambientes corrosivos. Debe almacenarse lejos de agentes oxidantes fuertes, como oxígeno, dióxido nitroso, nitratos, percloratos, hipocloritos, etc. Propiedades: Tipo de Acero: ASTM A36 Masa:513.148 kg Volumen:0.0653692 m^3 Densidad:7850 kg/m^3 Peso:5028.85 N Observaciones y/o hipótesis El diseño del tanque de GLP, puede soportar grandes cargas de presión. Las condiciones que se consideraron al momento de diseñar fueron para un tanque en reposo(estático). Se plantea presiones críticas en el diseño, para así tener un margen de resistividad del tanque. Descripción procedimental Se establecieron los parámetros de diseño, tales como: El radio del tanque, el espesor de cada parte, cuantos, y cuáles serían las medias de los soportes, la cantidad de pernos y grosor de la válvula. Luego se procedió a diseñar cada pieza, y se le aplicaba el tipo de material respectivamente. Posteriormente se ensamblo el tanque de GLP. DISEÑO DE UN TANQUE DE COMBUSTIBLE A GLP INGENIERÍA MECÁNICA 4 III. RESULTADOS DEL ANALISIS Y SIMULACIONES 3.1. CÁLCULOS ANALÍTICOS Ahora en SolidWorks Error teórico entre la fuerza hallados analíticamente contra las fuerzas arrojadas del sistema 31.932 𝑀 − 30.406 𝑀 %𝐹𝑥 = = 4.78 % 31.932𝑀 13.414 𝑀 − 12.417 𝑀 %𝐹𝑦 = = 7.48 % 13.414 𝑀 DISEÑO DE UN TANQUE DE COMBUSTIBLE A GLP INGENIERÍA MECÁNICA 5 3.2. FUERZA RESULTANTE 3.2.1. FUERZA DE REACCION Conjunto de Sum Y Sum Z Resultante Unidades Sum X selecciones Todo el N 1.07465 -541274 -8.60889 541274 modelo 3.2.2. MOMENTO DE REACCION Conjunto de Sum Y Sum Z Resultante Unidades Sum X selecciones Todo el N.m 0 0 0 1e-033 modelo 3.3. INFORMACION DEL MODELO DISEÑO DE UN TANQUE DE COMBUSTIBLE A GLP INGENIERÍA MECÁNICA 6 3.4. RESULTADOS DEL ESTUDIO Nombre del modelo: Ensamblaje1 Configuración actual: Predeterminado Sólidos Nombre de documento y Tratado Propiedades Ruta al documento/Fecha de referencia como volumétricas modificación Taladro de margen para Masa:513.148 kg M121 C:\Users\PEDRO\Desktop\PR Volumen:0.0653692 OYECTO m^3 Sólido FLUIDOS~\PROYECTO Densidad:7850 kg/m^3 FLUIDOS\Pieza1.SLDPRT Peso:5028.85 N Mar 13 11:41:26 2018 Saliente-Extruir1[1] Masa:2.11783 kg C:\Users\PEDRO\Desktop\PR Volumen:0.000269787 OYECTO m^3 Sólido FLUIDOS~\PROYECTO Densidad:7850 kg/m^3 FLUIDOS\Pieza2.SLDPRT Peso:20.7547 N Mar 11 23:53:21 2018 Saliente-Extruir1[2] Masa:2.11783 kg C:\Users\PEDRO\Desktop\PR Volumen:0.000269787 OYECTO m^3 Sólido FLUIDOS~\PROYECTO Densidad:7850 kg/m^3 FLUIDOS\Pieza2.SLDPRT Peso:20.7547 N Mar 11 23:53:21 2018 Saliente-Extruir1[1] Masa:2.11783 kg C:\Users\PEDRO\Desktop\PR Volumen:0.000269787 OYECTO m^3 Sólido FLUIDOS~\PROYECTO Densidad:7850 kg/m^3 FLUIDOS\Pieza2.SLDPRT Peso:20.7547 N Mar 11 23:53:21 2018 Saliente-Extruir1[2] Masa:2.11783 kg C:\Users\PEDRO\Desktop\PR Volumen:0.000269787 OYECTO m^3 Sólido FLUIDOS~\PROYECTO Densidad:7850 kg/m^3 FLUIDOS\Pieza2.SLDPRT Peso:20.7547 N Mar 11 23:53:21 2018 DISEÑO DE UN TANQUE DE COMBUSTIBLE A GLP INGENIERÍA MECÁNICA 7 Nombre Tipo Mín. Máx. Stress1 VON: Tensión de von Mises 0.000e+000N/m^2 3.125e+008N/m^2 Nodo: 18886 Nodo: 18345 Ensamblaje1-analisis de tanque GLP-Tensiones-Stress1 Nombre Tipo Mín. Máx. Displacement1 URES: Desplazamientos 0.000e+000mm 6.565e-001mm resultantes Nodo: 18356 Nodo: 11476 Ensamblaje1-analisis de tanque GLP-Desplazamientos-Displacement1 DISEÑO DE UN TANQUE DE COMBUSTIBLE A GLP INGENIERÍA MECÁNICA 8 Nombre Tipo Mín. Máx. Strain1 ESTRN: Deformación unitaria 0.000e+000 7.364e-004 equivalente Elemento: 9794 Elemento: 9681 Ensamblaje1-analisis de tanque GLP-Deformaciones unitarias-Strain1 Nombre Tipo Mín. Máx. Factor of Safety1 Automático 8.000e-001 1.000e+016 Nodo: 18345 Nodo: 18886 Ensamblaje1-analisis de tanque GLP-Factor de seguridad-Factor of Safety1 DISEÑO DE UN TANQUE DE COMBUSTIBLE A GLP INGENIERÍA MECÁNICA 9 Para la parte (e) donde variara el Li: L (m) 45 43 40 35 30 25 20 15 10 Fuerza de presión horizontal y vertical: 𝐹𝑥 = 𝜌𝑔𝐴𝑥 (𝐻𝑐 ) 𝐹𝑦 = 𝜌𝑔𝑉𝑠 L (m) Hc (m) FPX(N) FPY (N) FPR (N) 45 48.5 33304950 13975326 36118270.05 43 46.5 31931550 13414194 34634729.48 40 43.5 29871450 12572496 32409430.43 35 38.5 26437950 11169666 28700638.3 30 33.5 23004450 9766836 24991914.8 25 28.5 19570950 8364006 21283295.8 20 23.5 16137450 6961176 17574847.48 15 18.5 12703950 5558346 13866706.74 10 13.5 9270450 4155516 10159210.42 Centro de presiones en la compuerta: DISEÑO DE UN TANQUE DE COMBUSTIBLE A GLP INGENIERÍA MECÁNICA 10 𝑑2 𝑦𝑝 = ℎ𝑝 = ℎ𝑐 + (𝐿 + ℎ𝑐 )(12) 0 𝑥 ′ ∗ 𝐹𝑝𝑦 = 10𝜌𝑔 ∫ 𝑥(L − √102 − (𝑥 − 7.141)2 )𝑑𝑥 −2.859 L (m) Yp Xp 45 -3.5842 -8.3626 43 -3.5878 -8.2878 40 -3.5939 -8.1754 35 -3.6060 -7.9883 30 -3.6219 -7.8012 25 -3.6433 -7.6139 20 -3.6738 -7.4268 15 -3.7207 -7.2396 10 -3.8025 -7.0524 Ahora para el torque L (m) 𝝉 (Nm) 45 10429738.8 43 11318743 40 12497366.2 35 14038657.1 30 15055009 25 15548094.8 20 15514288.1 15 14956098.3 DISEÑO DE UN TANQUE DE COMBUSTIBLE A GLP INGENIERÍA MECÁNICA 11 Fpx (N) vs L (m) 35000000 FUERZA DE PRESION EN X (N) 30000000 25000000 20000000 15000000 10000000 5000000 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ALTURA DE NIVEL DEL AGUA (m) Fpy (N) vs L (m) 16000000 FUERZADE DE PRESION EN Y (N) 14000000 12000000 10000000 8000000 6000000 4000000 2000000 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ALTURA DE NIVEL DEL AGUA (m) DISEÑO DE UN TANQUE DE COMBUSTIBLE A GLP INGENIERÍA MECÁNICA 12 XP (m) vs L (m) -6.8 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 -7 CENTRO DE PRESION EN X (m) -7.2 -7.4 -7.6 -7.8 -8 -8.2 -8.4 -8.6 ALTURA DE NIVEL DEL AGUA (m) YP (m) vs L (m) -3.55 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 -3.6 cENTRPO DE PRESIO EN y (m) -3.65 -3.7 -3.75 -3.8 -3.85 ALTURA DE NIVEL DE AGUA (m) DISEÑO DE UN TANQUE DE COMBUSTIBLE A GLP INGENIERÍA MECÁNICA 13 IV. DISCUCIONES DE RESULTADOS Como se puede apreciar en las gráficas de la fuerza en x y fuerza y tienen una tendencia lineal esto nos ayudaría a predecir los futuros tanques. En la siguiente gráfica de centro de presión con respecto al eje x también tendrá una tendencia lineal y esto nos explica que si se sumerge a diferentes niveles de agua la línea de acción se irá hacia la derecha. En la gráfica de centro de presión con respecto al eje y, se tendrá una tendencia cuadrática que a menor nivel de sumergido esta se incrementará. V. CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS La dimensión del tanque es de diámetro D=0.5m con una longitud L=1.5m cuya dimensión con un llenado de combustible hasta el 80% cubriría las condiciones óptimas para un mejor eficiencia mecánica que demandan los vehículos a GLP. La presión máxima que alcanza a tener el combustible para un llenado del tanque a un 80% es de 3.125e+008N/m^2 BIBLIOGRAFIA AVENDAÑO, J. E. (2006). Hidraúlica e Irrigación. MEXICO: SINALOA. DAVILA, E. D. (2006). “Diseño de una compuerta Hidráulica Tipo Segmento para un nivel maximo de aguas arriba de 2m". GuayaquilEcuador: Escuela Politecnica del Litoral. LOPEZ, A. L. (2004). Manual de Hidraulica. Alicante: Publidisa. MOTT, R. L. (2002). Diseño de Elementos de Maquinas (Segunda ed.). Mexico: Pretince Hall SHAMES, I. H. (1995). Mecanica de Fluidos (Tercera Edicion ed.). Santa Fe de Bogota, Colombia: McGRAW-HILL. TOVAR, E. A. (1993). Hidraulica Elemental (Primera ed.). Chapingo Mexico: UAC. VI. ANEXOS DISEÑO DE UN TANQUE DE COMBUSTIBLE A GLP INGENIERÍA MECÁNICA