4to Capitulo Correccion 1

7/24/2019 4to Capitulo Correccion 1

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CAPITULO IV

ANALISIS Y RESULTADOS


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CAPITULO IV

ANALISIS DE RESULTADOS

4.1. Comportamiento biomecnico e !o" m#"c$!o" %!#teo" & 'emora!e".

En la tabla 4.1 se definen los msculos a trabajar, segn su funcin y fibramuscular predominantes. Las fibras musculares son clulas que permiten la contraccinmuscular y existen tipos! rojas "lentas y aerbicas# y blancas "r$pidas, explosi%as yanaerbicas#. Estas fibras componen todos los msculos del cuerpo, sin embargo,depende del usuario cuales quiere acti%ar en mayor proporcin segn el porcentaje deexistencia en el musculo que quiera ejercitar.

&i se quiere aumentar resistencia es mejor trabajar las fibras rojas, las cualesson eficientes en la produccin de molculas energticas, es decir, producen energ'aaerbicamente "con ox'geno#. (ero si lo que se busca es aumentar %elocidad y fuer)a,lo mejor es acti%ar las fibras blancas ya que estas fibras permiten una contraccinmuscular anaerbica, es decir, sin ox'geno. Esto indica a su %e) que dic*o musculotiende a fatigarse r$pidamente generando muc*a fuer)a en cada contraccin.

Tabla 4.1 . Comportamiento de los msculos Glteos y femorales.

(#"c$!o" C!a"i'icaci)n

Tipo e 'ibra

m$"c$!ar

pre ominante

*$nci)n

%!#teo"

+lteo ayor -lanca

Extender y rotar elfmur.Ele%ar y sostener lapel%is.

+lteo edio -lanca bducir y rotar elfmur.

+lteo enor -lanca bducir el fmur.+,cep" *emora! ////// -lanca 0lexionar y rotar la

rodilla.

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Extender la cadera.Fuente: Parra y Suta (2015).

omo se pudo obser%ar, las fibras predominantes en los msculos mencionadosson las r$pidas. &egn entrenadores la mejor manera de acti%ar estas fibras en dic*as)onas musculares es la *iperextensin de cadera o reali)ar mo%imientos que simulen elmismo, es decir, los mo%imientos *ori)ontales los cuales son ejecutados, por ejemplo,en los sprints. Este tipo de ejercicio ayudara a contraer con m$s fuer)a los glteos y elb'ceps femoral pro%ocando un gran esfuer)o en poco tiempo.

4.-. Di"e o

4.-.1. Premi"a" e i"e o

/ La finalidad del equipo es ejercitar los msculos glteos y femorales.

/ Las dimensiones del equipo est$n basadas fundamentalmente en tablasantropomtricas ya establecidas.

/ El dise2o del equipo debe ser duradero, confiable, resistente y r'gido, ya quedebe soportar las condiciones de intemperie. dem$s, debe tener el recubrimientoadecuado, proporcionando la mayor durabilidad con el m'nimo mantenimiento.

/ El equipo debe poder ser utili)ado por cualquier persona saludable, incluyendode la tercera edad, por lo que el dise2o debe ser seguro y confiable.

/ El dise2o ser$ simulado mediante un soft3are de an$lisis por elementos finitos

para calcular las tensiones, ensambles y factores de seguridad cuando el equipo estsometidos a carga.

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4.-.-. Prop$e"ta" e i"e o e e/$ipo" para e0ercitar !o" !#teo" & m#"c$!o"

'emora!e" /$e p$ ieran "er in"ta!a o" en e"pacio" e2p$e"to" a !a intemperie.

Los dise2os de los equipos propuestos se basan en informacin bibliogr$fica y

en informacin obtenida de %isitas a gimnasios y parques bio/saludables, donde existenequipos en condiciones ambientales de uso similares a las requeridas. tras fuentes deinformacin consultadas incluyen entrenadores f'sicos y personal con experiencia en el$rea de dise2o y fabricacin. dem$s se impro%is junto al tutor de esta 5rabajo degrado para llegar a los mejores dise2os.

6e la informacin obtenida, se proponen los siguientes cinco equipos.

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Figura 4.2. !uipo propuesto "# 2Fuente. Parra y Suta (2015)

Figura 4.1 . !uipo propuesto "# 1Fuente. Parra y Suta (2015)

Figura 4.4 . !uipo propuesto "# $Fuente. Parra y Suta (2015)

Figura 4.3 . !uipo propuesto "# %Fuente. Parra y Suta (2015)

Figura 4.5 . !uipo propuesto "# 5 Fuente. Parra y Suta (2015)


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Estos dise2os fueron sometidos a una encuesta de %einte personas incluyendoprofesores, estudiantes, entrenadores f'sicos y fabricadores para e%aluar los siguientesaspectos!

/ onstructi%idad! +rado en el cual el dise2o del equipo permite una mayor facilidad y eficiencia de construccin. &e consideran cantidad de partes y pie)as,elementos m%iles, elementos de uniones, etc.

/ antenibilidad! antidad de esfuer)o requerida para conser%ar sufuncionamiento normal, se consideran lubricacin, limpie)a, cambios de pie)as, etc.

/ 0uncionabilidad! aracter'sticas del equipo que lo *acen pr$ctico y til.

/ 7nno%acin! riginalidad en el dise2o propuesto.

/ osto! 8alor monetario asociado a los materiales para la construccin delequipo.

ediante una escala del 1 al 19, se especific que tan de acuerdo o endesacuerdo estaban los encuestados con cada caracter'stica mencionada.

6e acuerdo a esto, el aspecto que tenga un %alor de 19 puntos significa que esptimo en el mismo, mientras que si tiene un %alor de 1 significa que la opcin no es lam$s recomendable en ese caso. &e e%aluara el %alor total final de cada equipo, el quesume una mayor cantidad de puntos es la mejor opcin.

Los resultados obtenidos de la encuesta se muestran en la tabla 4. !

Tabla 4.2 . &esultados de la e'aluaci n de los e!uipos propuestos.

E/$ipo Con"tr$ticti3i a (antenibi!i a *$ncionabi!i a Inno3aci) Co"t Tota!

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prop$e"t

o

n o

1 : ; ; < = >;- = ; = < = >;

; ; : 4 = >>4 < = 4 4 ; >

5 ; 19 19 4 < 41Fuente: Parra y Suta (2015).

El equipo que obtu%o mayorpuntuacin es la propuesta ?, estoquiere decir, que es la que posee las mejorescaracter'sticas para construirse, perodebido a que tiene bajo puntaje en 7nno%acin,

se *a decidido tomar en cuenta a su %e) laspropuestas 1 y . Estas tienen igual puntaje yson dise2os completamente inno%adores. &e concluye que pueden unirse, como semuestra en la figura 4.: reduciendo a su %e) el costo total de fabricacin. Los equipospropuesto 1 y tendr$n etapas de ejercitacin "de a*ora en adelante lo llamaremosequipo multietapa# y el equipo propuesto ? ser$ la etapa de ejercitacin > "etapaindi%idual#.

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-$sicamente, a partir de estos %alores se dise2 el circuito completo paraejercitar glteos y msculos femorales. dem$s de esto, tambin se %isitaron %ariosparques bio/saludables ya existentes en la ciudad de aracaibo para medir los equipos,y que dic*as dimensiones sir%iesen como gu'a en el momento de reali)ar los primeros

bosquejos. s', y con ayuda del tutor de este trabajo, se finiquitaron las medidasmostradas en los planos isomtricos de los mismos "8er anexos, de la figura


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4. .1. An!i"i" e E"'$er6o"

4. .1.1. An!i"i" e e"'$er6o"

e !a camina ora e"ttica pro $ci o"por car a e"ttica.

continuacin, en el an$lisisest$tico reali)ado de forma manual setra) como objeti%o buscar el 0actor de&eguridad "0.& o n# en regionesdonde las reacciones son mayores")onas cr'ticas#, a fin de compararlascon las obtenidas en el programa desimulacin. &e consider una personacuyo peso es de 191, Ag "(eso

$ximo segn medidasantropomtricas#.

6iagrama de uerpo Libre

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&! Iona critica

Jp! (eso m$ximo de lapersona

J1! (eso tubo*ori)ontal

J ! (eso tubo %ertical


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Figura 4.7. -ia rama de cuerpo li/re de una de las palas de la caminadora est+tica

Fuente. Parra y Suta (2015)

omo se obser%a en el diagrama de cuerpo libre, este muestra las medidassegn las tablas antropomtricas. (ara L1 se tomo en cuenta la altura de codo en lasdimensiones estructurales combinadas del cuerpo en un percentil de


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su %e), despreciamos el peso de las bisagras por su poco efecto en los

resultados.

La placa donde posan los pies es de un espesor de > mm, por ende su peso no

produce un cambio considerable en los c$lculos, as' para simplicidad de losmismos se *a decidido no tomarlo en cuenta.

Este es un equipo que no est$ sometido a un trabajo excesi%o, por lo cual solo

se asumen como cargas el peso de cada tubo y la fuer)a externa accionante quees la del propio peso del usuario.

&us cargas iniciales son todas 9

"cero#, en el instante donde elequipo est$ en reposo.

Los pesos de los tubos se calculan con la frmula! J m x


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Figura 4.8. Secci n trans'ersal del tu/o.

Fuente: Parra y Suta (2015)

(ara un cilindro *ueco, el momento de inercia respecto al eje ) %iene dado por laecuacin!

I z=

64

( D 4 d 4) "4.1#

6nde!6! 6i$metro mayord! 6i$metro menor

&ustituyendo!

I z= 64 (0,065 4 0,059 4)

I Z = 2,81 x 107 m4

dem$s partir de los supuestos anteriores se tiene que los %alores de cadafuer)a son los siguientes!

J1 ?,;? BJ 4 , BJp 191, Ag x


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Q $lculo del momento flector producto de la carga est$tica

Las dimensiones de cada una de las fuer)as que inter%ienen en este caso, semuestran en la figura 4.


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M z= 196,98 Nm

Q $lculo del esfuer)o normal producido por el momento flector en el punto &.

ediante de la ecuacin .>, se calcula S ).

z= M z C

I z= 196.98 Nm x 0,0325 m

2,81 x 10 7 m4

z= 22,78 MPa

Q $lculo del esfuer)o normal producido por la fuer)a axial

tili)ando la ecuacin .1, se tiene que!

x= P A

= 992,77 N +5,85 N +42,93 N 5,84 x 10 4 m2

x= 1,78 MPa

Q $lculo del esfuer)o utili)ando el criterio de %on ises

6ic*o criterio %iene dado por la ecuacin .1?

' s=( x y)2

+( y z)2

+( z x)2

+6( xy2

+ yz2

+ zx2

)2

' s=( x)2+( z)2+( z x)22161


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' s=

(1,78 )2+( 22,78 )2 +(22,78 1,78 )2

2

' s= 21,94 MPa

En la figura 4.19 se muestran los esfuer)os de %on ises obtenidos mediante elsoft3are@ como se puede obser%ar, el programa indica la )ona critica por s' solo, y su%alor es de >,11 pa. Este %alor es bastante similar al calculado manualmente, por lotanto se toman los resultados como fiables.

Figura 4.10. sfuer os de on ises de la caminadora est+tica indicando su punto m+s

'ulnera/le.


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Q $lculo del factor de seguridad por fluencia

El factor de seguridad por fluencia se calcula con la ecuacin .1=.

n= S y ' s

n= 250 MPa21,94 MPa

n= 11,40

l obser%ar un 0actor de &eguridad tan alto, no se puede concluir otra cosa queel equipo fue sobre dise2ado a causa de su construccin anticipada.

7gualmente el %alor emitido por el soft3are es muy similar al calculado, como semuestra en la figura 4.11 el factor de seguridad en el punto cr'tico es de 1 , .

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Figura 4.11. Factor de se uridad por car as est+ticas del e!uipo.


4. .1.-. An!i"i" e e"'$er6o" e !a camina ora e"ttica pro $ci o" por car a

'!$ct$ante.

7ip)te"i" & e2p!icati3a"8

(ara determinar el nmero de ciclos se considera que el equipo ser$ utili)adopor 19 personas, 19 *oras diarias, por = d'as y con una %ida til de ? a2os "?semanas por a2o#.

5rat$ndose de un acero al carbono, el es de 499 pa "?; Apsi#.164


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(ara la relacin esfuer)o/tiempo se utili)a el caso de esfuer)o repetido, donde

Smin 9 y Salternante Smedio como se muestra en la figura 4.1 .

Figura 4.12. sfuer o repetido.

Fuente: ott &o/ert. -ise,o de elementos de m+!uinas. Cuarta edici n.

6ado que el punto de estudio est$ en la parte superior de dic*a seccin

trans%ersal y el esfuer)o cortante alternante y medio son tan peque2os ydespreciables, as' podemos asumir su %alor a cero, es decir, 9 .

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El punto seleccionado para el estudio de fatiga es el mismo estudiado

anteriormente denominado punto &.

6eterminando el nmero de ciclos tomando en cuenta lo anterior, este es de

1; .999 lo que significa que es bajo ciclaje o %ida finita segn el mtodo de esfuer)o/%ida.

Esto significa que para *allar el factor de seguridad por fatiga se debe utili)ar la%ariable &f la cual se calcula con la ecuacin .1;!

Sf = a x N b

6nde!

a = ( F x S ut )2

Se

b= 13

log( F x S ut

Se)

Q $lculo del momento flector producto de la carga fluctuante.

En este caso, el equipo estar$ sometido a las mismas cargas que est$nexpuestas anteriormente, caus$ndole el mismo momento por cargas fluctuantes.

Q $lculo del esfuer)o por flexin y axial medio y alternante.

&egn lo expuesto anteriormente "Smin 9#, Saxial,m y Saxial,a se calculan con lasecuaciones 4. y 4.> respecti%amente como se muestra a continuacin!

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axial,m = axial ,max axial ,min

2 (4.2 ), axial ,a =

axial ,max + axial, min2 "4.>#

axial ,m = axial ,a =1,78 MPa

2

axial ,m = axial ,a = 0,89 MPa

7gualmente Sflexion,m y Sflexion,a se calculan con las ecuaciones 4.4 y 4.?respecti%amente!

f ,m=

f ,max f ,min2 (

4 .4),

f , a=

f ,max + f ,min2 (

4 .5)

f ,m= f ,a =22,78 MPa

2

f ,m= f ,a = 11,40 MPa

Q Esfuer)o de %on ises edio y lternante odificado

(ara el esfuer)o de 8on mises alternante modificado se utili)a la ecuacin 4.:

( axial,a xk fak ,axial

+ f ,a x k ff )2

+3 ( a xk fs)2

a' =

"4.:#

k , axial= 0,923 (Sut


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k fa= k ff = 1( N" existemues a a#u$e%" a l" la%#"dela &i#a) .

&ustituyendo!

( 0,89 MPa0,923

+11,40 MPa x 1)2

a' =

a' = 12,36 MPa

6e igual manera para el esfuer)o de 8on ises medio modificado se utili)a laecuacin 4.=.

' m= ( axial, m + f ,m )2 +3 ( m)2 "4.=#

&ustituyendo!

' m= (0,89 MPa +11,40 MPa )2

' m= 12,29 MPa

Q 0actores de modificacin

0actor de modificacin de la condicin superficial "Ca#

&e calcula el 0actor de modificacin de la condicin superficial utili)ando laecuacin 4.;!

k a = a x Sut b "4.;#

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Los factores a y b se pueden conseguir en la figura 4.14!

Figura 4.14. Par+metros en el factor de la condici n superficial de arin.

Fuente: -ise,o en 3n enier4a ec+nica de S i ley. 6cta'a dici n.

5rabajando con el material como sale de la forja, se tiene que!

a = (ab /9,


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alculando el factor d se utili)ara la frmula para secciones redondas slidas o*uecas no rotati%as!

9.


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k b= 0,64

0actor de modificacin de carga "Cc#

1 " arga combinada#

0actor de modificacin de temperatura "Cd#

1 "5emperatura ambiente#

0actor de modificacin de concentracin de esfuer)os "Ce#

El %alor de este factor de busca en la figura 4.1?

Figura 4.15 . Factores de confia/ilidad 7e


tili)ando una confiabilidad del ?9V, Ce 1

171


26/78

L'mite de resistencia a la fatiga en %iga rotatoria "&eW#

&e se obtiene a partir de los siguientes datos!

omo &ut es igual a ?; Apsi "499 (a#, entonces &ut U 99 Apsi "1499 (a#, por lo tanto se utili)a la ecuacin 4.11

Se' = 0,5 x Sut "4.11#

Se' = 0,5 x 400 MPa

Se' = 200 MPa

L'mite de resistencia a la fatiga en )ona cr'tica "&e#

partir de la ecuacin 4.1 , se calcula &e

Se= k a x k b xk x k d x k e x Se' "4.1 #

&ustituyendo %alores!

Se= 0,75 x0,64 x 1 x 1 x 1 x 200 MPa

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Se= 96 MPa

Q alculo de resistencia a la fatiga real en )ona critica "&f #

&e dijo anteriormente la manera de calcular dic*o %alor. *ora bien en la figura

4.1: se puede *allar el %alor de0.

Figura 4.16. Fracci n de resistencia a la fati a f de Sut a los 10% ciclos para Se 8 0.5Sut.

Fi ura: -ise,o en 3n enier4a ec+nica de S i ley. 6cta'a dici n.

&e obser%a que para un %alor de &ut 499 (a "?; Apsi#, 0 9,#

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29/78

&ustituyendo!

n= 112,36 MPa

96 MPa + 12,29 MPa

133,55 MPa

n= 4,53

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En la figura 4.1= se muestra el factor de seguridad por fatiga obtenido medianteel soft3are@ como se puede obser%ar, el minimo %alor est$ en donde se *a indicado yaanteriormente, siendo este 4. Este %alor es bastante similar al calculado manualmente,por lo tanto se toman los resultados como fiables.

Figura 4.17. Factor de se uridad por fati a en el punto cr4tico de la caminadora est+tica.

Fuente: Parra y Suta (2015).

4. .-. An!i"i" e e"'$er6o" e! man$brio9pa!a

6e igual manera que en lo anterior, en el an$lisis est$tico reali)ado de formamanual se busc el 0actor de &eguridad "0.&.# en regiones donde las reacciones sonmayores ")onas cr'ticas#, en este caso como se muestra en el diagrama de cuerpo libre

.

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6iagrama de cuerpo libre

Figura 4.18 . -ia rama de cuerpo li/re de la etapa manu/rio9pala.


En este caso obsr%ese que para L1 inter%ienen las medidas de alcance punta/mano de dimensiones funcionales del cuerpo en un percentil de


32/78

En el caso de L inter%ienen las medidas de la estatura que con un percentil de


33/78


trans%ersal y el esfuer)o cortante es peque2o podemos asumir su %alor a cero" 9 #.

El nmero de ciclos ser$n los mismos que en el caso de la caminadora est$tica,

es decir, 1; .999 ciclos.

(ara la relacin esfuer)o/tiempo se utili)a el caso de esfuer)o repetido, donde

Smin 9 y Salternante Smedio como se muestra en la figura 4.1>.

6ado que el punto de estudio est$ en la parte superior de dic*a seccintrans%ersal y el esfuer)o cortante alternante y medio son tan peque2os ydespreciables, as' podemos asumir su %alor a cero, es decir, 9 .

(ara este caso, la seccin trans%ersal es

la siguiente

Figura 4.19. Secci n trans'ersal del manu/rio.


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34/78

partir de estos datos se tiene que!J1 :,: B

>,>1 x 19/4

m7) ?,1> x 19/; m4

Este equipo es estudiado bajo los mismos an$lisis anteriores, por lo tanto semuestran directamente sus %alores en la 5abla 4.4.

POR CAR%A ESTATICA POR CAR%A *LUCTUANTEEsf. por 0lexin S) :;,=> pa Esf. por 0lexin medio Sf,m >4,>= pa

Esf. xial Sx 9,;< pa Esf. por 0lexin alternante Sf,a >4,>=paEsf. 8on ises SsX :;, < pa Esf. xial medio Sa,m 9,4? pa0.&. >,= Esf. xial alternante Sa,a 9,4? pa

Esf. 8on ises edio SmX >4,;: paEsf. 8on ises lternante SaX >4,; paL'mite de resistencia a la fatiga en )onacr'tica "&e# 199,? paFesistencia a la fatiga real en )ona critica"&f# 1>=,1< pa0.&. 1,=

Tabla 4.4 .&esultados o/tenidos en los c+lculos manuales ec os en la ona critica del

manu/rio9pala.


continuacin se muestran los %alores arrojados por el programa!

180


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Figura 4.20. sfuer os de on ises del manu/rio indicando su punto m+s 'ulnera/le.


&e puede obser%ar en la figura 4. 9 que el programa 6 arrojo un %alor delesfuer)o 8on ises de :


36/78


&e puede obser%ar en la figura 4. 1 que el soft3are arrojo un %alor de factor deseguridad por carga est$tica de >,?: el cual se acerca bastante al obtenidomanualmente, tomando los resultados como fiables.

182


37/78

Figura 4.22. Factor de se uridad por fati a en el punto cr4tico de los manu/rios.


En la figura 4. se muestra el factor de seguridad por fatiga obtenido medianteel soft3are, que en el punto de estudio este tiene un %alor de 1,=. Este %alor es bastantesimilar al calculado manualmente, por lo tanto se toman los resultados como fiables.

4. . . An!i"i" e e"'$er6o" e! co0,n9pa!a

(or ltimo, este equipo fue anali)ado de la misma manera que los anteriores.El diagrama de cuerpo libre de dic*o equipo se muestra en la figura 4. >.

6iagrama de cuerpo libre >.183


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Figura 4.23. -ia rama de cuerpo li/re de la etapa 2 /urrito9

pala.


0inalmente en este caso, para L1 se requieren de las medidas dadas por elalcance punta/mano de las dimensiones funcionales del cuerpo que con un percentil de


39/78

El peso de las tablas de madera no producen cambios considerables en los

c$lculos, as' para simplicidad de los mismos se *a decidido no tomarlos encuenta.

Este es un equipo que no est$ sometido a un trabajo excesi%o, por lo cual solo

se asumen como cargas el peso de cada tubo y la fuer)a externa accionante quees la fuer)a *umana promedio.

&us cargas iniciales son todas 9 "cero#, en el instante donde el equipo est$ en

reposo.

Los pesos de los tubos se calculan con la frmula! J m x


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trans%ersal y el esfuer)o cortante alternante y medio son tan peque2os ydespreciables, as' podemos asumir su %alor a cero, es decir, 9 .

omo en el caso de la caminadora est$tica, se consider una persona cuyo peso es de

191, Ag "(eso $ximo segn medidas antropomtricas#. Jp


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Esf. 8on ises SsX ;=,1< pa0.&. 1,>


continuacin se muestran los %alores arrojados por el programa!

Figura 4.24. sfuer os de on ises del /urrito (posa ante/ra os) indicando su punto m+s'ulnera/le.


187


42/78

&e puede obser%ar en la figura 4. 4 que el programa utili)ado dio como resultadoel punto cr'tico estudiado con un %alor de esfuer)o 8on ises de ;;,4? (a, el cual seacerca bastante al obtenido manualmente, tomando los resultados como fiables.

Figura 4.25 . Factor de se uridad por car as est+ticas en la ona cr4tica del /urrito (posa

ante/ra os).


188


43/78

&e puede obser%ar en la figura 4. ? que el soft3are arrojo un %alor de factor deseguridad por carga est$tica de ,;1 el cual se acerca bastante al obtenidomanualmente, tomando los resultados como fiables.

Figura 4.26. Factor de se uridad por fati a en el punto cr4tico de los manu/rios.


189


44/78

En la figura 4. : se muestra el factor de seguridad por fatiga obtenido medianteel soft3are, que en el punto de estudio este tiene un %alor de 1,>. Este %alor es bastantesimilar al calculado manualmente, por lo tanto se toman los resultados como fiables.

4.4. An!i"i" e !a "o! a $ra

4.4.1. Se!ecci)n e! proce"o e "o! a $ra

El proceso seleccionado es el de & J "&oldadura anual por rco Elctricopor su significado en espa2ol# ya que es el mtodo m$s econmico, de m$s f$cil uso yel recomendado para soldaduras de aceros al carbono.

4.4.-. Se!ecci)n e! tipo e e!ectro o re3e"ti o

partir del proceso de soldadura seleccionado "& J# y el material a soldar "acero al carbono# se decide reali)ar las uniones a tra%s de electrodos re%estidos yaque este mtodo resulta igualmente el m$s econmico y el m$s simple de usar.5omando en cuenta los factores in%olucrados en la seleccin de electrodos re%estidos,el escogido es del tipo E:91> marca Lincoln y de acuerdo a la disponibilidad en el

mercado, de di$metro >M1: in. Las propiedades de este electrodo se muestran en lafigura 4. =.

El fabricante describe este electrodo como un electrodo que presenta arco estable demuy f$cil encendido y reencendido. (enetracin mediana con cordones con%exos demuy buena apariencia, con muy baja salpicadura y escoria autodesprendible.

&egn el mismo fabricante, este electrodo es de amplia aplicacin en soldadurade aceros de bajo carbono no aleados, de uso corriente en carpinter'a met$lica!fabricacin de muebles, ductos de %entilacin, rejas, puertas. Ensamblaje decarrocer'as, construccin de %agones, tanques. &oldadura de estructuras li%ianas en

190


45/78

perfiles angulares y rectangulares, cerc*as para tec*os, construcciones na%ales yreparacin de equipos agr'colas.

dem$s en la figura anterior se puede obser%ar las recomendaciones de los

amperajes indicados para cada di$metro, y las recomendaciones referentes a lasposiciones.

191


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Figura 4.27. -escripci n del electrodo 01%.

Fuente: Cat+lo o de electrodos ;3"C6;" ; C


47/78

6el mismo modo que se anali)aron los > equipos anteriores, as' se decidireali)ar el an$lisis para las > )onas cr'ticas respecti%amente y calcular el factor deseguridad de la soldadura en dic*as )onas.

Q 0actor de &eguridad en la soldadura de la caminadora est$tica.

Figura 4.28. -ia rama de cuerpo li/re de una pala de

la caminadora est+tica para an+lisis de soldadura.


0actor de dise2o de n d >

La altura de la garganta * es >M1: in "4,=: mm#.193


48/78

Yrea de la garganta " #

6e la figura 4.


49/78

El segundo momento del $rea 7

on la ecuacin .>?, se tiene lo siguiente!

I = 0,707 I u

I = 0,707 x 4,76 mm x107,84 x10 3 mm3

I = 362,92 x 103 mm4

ortante primario ZW

tili)ando la ecuacin .>>, se calcula el cortante primario.

' = F A

' = 992,77 N +5,85 N +42,93 N 6,8721 x104 m2

' = 1,52 MPa

ortante secundario ZWW

on la ecuacin .>4, se calcula el cortante secundario.

195


50/78

' ' = M% I

' ' = 196,98 Nm x 32,5 x 10 3 m

3,6292 x 107 m4

' ' = 17,64 MPa

Esfuer)o cortante Z

La magnitud del cortante es la ecuacin de (it$goras "ecuacin .>:#

= ( ' )2+( ' ' )2

= (1,52 MPa )2 +(17,64 MPa )2

= 17,71 MPa

$lculo del factor de seguridad

on base en una resistencia m'nima y el criterio de energ'a de distorsin,el factor de seguridad se calcula con la ecuacin .>=!

n=0,577 S y

(ara el tipo de electrodo seleccionado, la Fesistencia a la fluencia es de >4?(a, entonces!

196


51/78

n= 0,577 x 345 MPa17,71 MPa

= 11,24

omo n[n d, es decir 11, 4[>, el metal de aporte tiene una resistencia

satisfactoria. abe destacar que el %alor tan alto de dic*o factor de seguridad se debeal sobredise2o del equipo.

Q 0actor de &eguridad en la soldadura del manubrio/pala "etapa 1# y burrito/pala "etapa#.

(ara estos casos el %alor de r es de 1, se reali)a dic*o estudio en las )onas cr'ticas respecti%asde la misma manera que se tomaron para los c$lculos de esfuer)os, y tomando unasoldadura similar a la antes expuesta. &e obtu%ieron los siguientes resultados!

Tabla 4.6 &esultados de los factores de se uridad para soldadura del e!uipo multietapa.

*actor e Se $ri a para "o! a $ra

en 6ona critica e! (an$brio

*actor e Se $ri a para "o! a $ra

en 6ona critica e! Po"a bra6o" 49 ,;1 mm 49 ,;1 mm

7u 1,= x 19>

mm>

7u 1,= x 19>

mm>

7 =>,9< x 19> mm4 7 =>,9< x 19> mm4W 9,=> (a W ,? (aWW 4;, : (a WW : ,


52/78

qu' influyen %arios procesos entre los cuales se encuentra la seleccin de pinturaadecuada para el tipo de clima en el que se encontraran los equipos. El objeti%o ser$proteger las superficies de los ataques de di%ersos agentes que est$n en el medioambiente.

En esos casos es necesario combinar capas de pintura con diferentescaracter'sticas, y cada cual aportar$ una propiedad espec'fica. dem$s, uno de losefectos que se quieren e%itar mediante esta t$ctica es la orrosin, que es causadaprecisamente por la interaccin del material con el medio que lo rodea.

4.5.1. Se!ecci)n e !a capa e pint$ra e 'on o

Los fondos son formulados para proteger la superficie con pigmentos in*ibidoresde corrosin que por ser %ulnerables a la abrasin deben a su %e) ser protegidos en elacabado final. El fondo adecuado depende de la agresi%idad del ambiente y del gradode exposicin del tubo dentro de la estructura. En general son productos con contenido%ariado de cromatos de )inc.

s', se seleccion el fondo cromato de )inc, que es un fondo alqu'dico

pigmentado con cromato de )inc, el cual es un excelente anticorrosi%o. (oseecualidades in*ibidoras de corrosin y muy buena penetracin en las superficiesferrosas.

El cromato de )inc es ideal para recubrir estructuras de acero ubicadas enmedios agresi%os y *medos tales como!

/ aquinarias y equipos industriales y agr'colas.

/ arcos y puertas de *ierro, postes, exterior de tanques y otras superficiesexpuestas a condiciones ambientales de se%eridad media.

/ 0ondo o bases en el campo marino.

198


53/78

tras propiedades del cromato de )inc dadas por el fabricantes se muestran enla figura 4.>9.

Figura

4.30 . Propiedades del fondo cromato de inc.

Fuente: Pinturas anpica.

4.5.-. Se!ecci)n e !a capa e pint$ra interme ia

&egn las caracter'sticas del lugar de la instalacin del proyecto, se puede%erificar que est$ ubicado en una )ona costera por su cercan'a con el Lago de

aracaibo el cual presenta salinidad creciente a causa de la contaminacin del mismo.Los efectos de los %ientos que se generan en la regin *acen del ambiente de las )onascosteras de la cuenca, )onas con un ni%el de salinidad apreciable.

Est$s caracter'sticas ubican al lugar de instalacin en una categor'a decorrosi%idad 4, segn el manual \6irectrices para la proteccin anticorrosi%a del acero

y superficies met$licas con recubrimientos segn la Borma 7& 1


54/78

Entre las aplicaciones de este tipo de pintura "epoxy# se encuentran!

/ (or su resistencia al agua, a la intemperie y a los contaminantes qu'micos, se

usan como sistemas de proteccin de larga duracin sobre acero estructural, yconcreto.

/ 6ebido a su resistencia a los ataques qu'micos, se usa para la conser%acin deinstalaciones industriales.

/ &u excelente resistencia al desgaste *ace que se utili)ada enestacionamientos, garajes, suelos industriales, etc.

/ (or su resistencia al agua y los detergentes, se usa para la%aderos industrialesy otras na%es o instalaciones que estn sometidas a frecuentes limpie)as agresi%as ydesinfecciones.

/ En instalaciones nucleares por sus especiales cualidades en cuanto a facilidadde descontaminacin radioacti%a y en laboratorios y *ospitales donde existan salas de

medicina nuclear.

continuacin se muestran algunas recomendaciones *ec*as por 7ndustriasnicon, de proteccin anticorrosi%a para tubos estructurales.

Tabla 4.7. Caracter4sticas y &ecomendaciones de Fondos y >ca/ados

Caracter,"tica" & Recomen acione" e *on o" & Acaba o"Ambiente Preparaci)n

e*on o Acaba o Caracter,"tica"

e! Acaba o200


55/78

!a S$per'icieA!tamenteCorro"i3o:Co"tero9(arino;

Femocin degrasasy aceites

Eliminarcorrosinexistentemediantelos recursosapropiados

(roductosconcontenido%ariado de

romatosde Iinc

"1 capa de4 a : mils.#

(oliuretano oEpoxy

" capas de1,? a mils.#

/ Fesistencia a laintemperie/ 6ura m$s de cincoa2os/ lta resistencia a laabrasin/ lta retencin delbrillo

(e ianamenteCorro"i3o

:Cercano a !aCo"ta;

lqu'dico

" capas de1, a mils#

/ 0acilidad dead*erencia/ -uen brillo/ (oca resistencia aqu'micos/ &istema econmico/ 6urabilidad/ 0$cil aplicacin ymantenimiento/6bil resistencia aqu'micos sol%entes yabrasin

PocoCorro"i3o

Fuente: 3ndustrias ?nicon C>

4.5. . Se!ecci)n e !a capa e pint$ra e acaba o 'ina!

&egn 7ndustrias nicon, , cuando se utili)a pintura epxica no es necesariaesta capa de pintura, ya que ella proporciona un acabado con excelente brillo por sisola.

4.


56/78

Los materiales y accesorios directos in%olucrados en la construccin del equipomultietapa para ejercitar glteos y femorales se muestran en las tablas 4.19, 4.11, 4.1y 4.1>.

4.


57/78

( = F * x

= 98,1 N 0,15 m

= 654 N m

btenido este %alor que nos ayudara a seleccionar el resorte adecuado, se

muestra a continuacin la tabla comparati%a mencionada con los diferentes resortessegn sus caracter'sticas geomtricas y donde ^ es la elongacin m$xima del resorte,recordando que se *ab'a fijado en 1? cm "(remisas de dise2o#.

*ora bien, para establecer los %alores de la %ariable + en la ecuacin .4 , nosreferimos a las figuras 4.>1 y 4.> donde se aprecia la descripcin de los materialesm$s comunes para la fabricacin de resortes. &e asume el material de alambre depiano por lo antes mencionado y de esta manera se obtiene el odulo de Elasticidad +con lo que finalmente se calcula la C terica de dic*o resorte en cada uno de los casos.

Figura 4.31. Propiedades mec+nicas de al unos alam/res para resorte


203


58/78

Figura 4.32. >ceros al alto car/ono y de aleaci n para resortes


Tabla 4.9. Cuadro comparati'o de las fuer as proporcionadas por los resortes de acuerdo a sus

caracter4sticas eom*tricas.

Ca"o D :m; :m; % :%Pa; Na = :N>m; ? :m; * :N9 = ;

1 9,91= 9,99 ; ,= ?? :1 ,11 9,1? ; >;>:,;4 9,1? ?=?,4?/?? 1>::,>? 9,1? 94,


59/78

4.


60/78

(or medio de esta tcnica, se busca pulimentar y dar brillo a metales y piedraspreciosas, etc. Esta tcnica fue utili)ada para darle acabados m$s limpios a los cortesreali)ados anteriormente y a las uniones.

Lijado

on el lijado se alisa, abrillanta o pule una cosa con lija, papel de lija u otromaterial abrasi%o. Es una de las tcnicas m$s recomendadas para preparar lasuperficie de algn metal o acero obteniendo una mayor ad*esin en su recubrimiento,por lo cual fue la tcnica aplicada para preparar la superficie de los tubos para lapintura.

5orneado

&e conoce como tornear al proceso de mecani)ado reali)ado con un torno"m$quina/*erramienta para tornear# en el cual la pie)a o barra gira y mediante*erramientas acopladas se pueden reali)ar distintas operaciones de mecani)ado, talescomo, cilindrado sobre el eje o interiores, roscados, agujeros, ranuras o distintas

formas. En este caso se reali) esta tcnica para mecani)ar los bujes gu'as del ejecentral para las articulaciones de la aminadora Est$tica.

4.


61/78

(or medio de este proceso se busca unir dos o m$s metales por la accin delcalor con o sin aporte de material nue%o, dando continuidad a los elementos. Estatcnica fue utili)ada para la unin de todas las partes que componen la maquina

usando un electrodo "material de aporte#.

4.


62/78

Figura 4.33. Sistema de ancla@e

del e!uipo.


[email protected]. An!i"i" e !a $ni)n aperna a

En primer lugar, es necesario calcular lacarga externa de tensin a la que est$ sometida cada uno de los pernos, para esto seutili)a el diagrama de cuerpo libre del elemento central "figura 4.>4#.

208


63/78

Figura 4.34. -ia rama de cuerpo li/re de uno de los tu/os a anclar.


F y= 5,85 N +42,93 N +68 N +992,77 N

F y= 1109,55 N

6i%idiendo dic*a fuer)a entre los cuatro pernos!

P 1=1109,55 N

4

= 277,39 N

209

J1 ?,;? BJ 4 , BJ> :; BJp


64/78

Figura 4.35. Geometr4a del

Aflanc eB (/ase).

Fuente: Parra y Suta (2015)

M Z = 5,85 N (0,23 m) 992,77 N (0,23 m) 42,93 N (0,13 m)

M z= 235,26 Nm

I z=(0,2 412 ) 4 ( 4 0,01 m4+0,01 m2 x x 0,01 m2)

I z= 1,21 x 10 4 m4

z= M z C

I z= 235,26 Nm x 0,1 m

1,21 x 10 4 m4 = 0,1944 MPa

ultiplicando el esfuer)o de flexin por el $rea de la placa!

210


65/78

0,2 m x 0,2 m 4 (0,01 m2)m2

+ = 0,1944 x 10 6 Pa

+ = 7531,71 N

6i%idiendo la fuer)a F entre los cuatro pernos!

P 2=7531,71 N

4 = 1882,93 N

(ara obtener la carga de tensin en un perno se suman ( 1 "Feaccin ocasionadapor sumatoria de fuer)as# y ( "Feaccin ocasionada por el esfuer)o de flexin de lasmismas# con la ecuacin 4.14!

P t"tal = P 1 + P 2 "4.14#

P t"tal = (277,39 N +1882,93 N )= 2160,93 N

Q Figide) del perno "Ab#

211


66/78

Figura 4.36 .

-imensiones del perno

Fuente: Parra y Suta (2015 )

6e la figura 4.>=, se obser%a que para un di$metro nominal de 9 mm y serie depaso grueso el t 4? mm . dem$s se utili)a un dulo de Elasticidad E 9= +(a

212


67/78

Figura 4.37. -i+metros y +reas de roscas m*tricas de paso rueso y fino.


*ora bien, utili)ando las ecuaciones . 1, . y . >.

l t = 2,5 mm+10 mm+17,5 mm= 7,7 mm "(arte roscada del agarre#

k t = A t

l t

k t =2,45 x 10 4 m2 x 207 x 109 Pa

0,0077 m = 6,5863 x 109 N

m

ld= 60 mm 42,5 mm= 17,5 mm "(arte sin roscar del agarre#

k d= A d

ld

k d= (0,01 m)2 (207 x 10 9 Pa )

0,0175 m = 3,7161 x10 9 N

m

1k b

= 1k t

+ 1k d

213


68/78

1k b

= 1

3,7161 x 10 9 N m

+ 1

6,5863 x 109 N m

k b= 2,3757 x 109 N

m

Q Figide) de la junta " Am#

Figura 4.38. -etalle de la @unta.

Fuente. Parra y Suta (2015).

ediante las ecuaciones . 4y . ?, se calcula la rigide) de la

junta!

D 1= 1,5 d "(rimer elemento#

D 1= 1,5 x 0,02 m= 0,03 m

214


69/78

1,155 t + D d( D +d )

1,155 t + D +d

k 1= 0,5774 dln [( D d )]

1,155 (0,0025 m)+0,03 m 0,02 m(0,03 m+0,02 m)

1,155 (0,0025 m)+0,03 m+0,02 m

k 1=0,5774 (0,02 m)(207 x 109 Pa )

ln [(0,03 m 0,02 m)]

k 1= 7509776176

ln [6,4375 x 10 45,2875 x 10 4 ]= 3,81604 x1010 N

m

D 2= D 1+2tan (30 )t 1 "&egundo elemento#

D2= 0,03 m+2tan (30 ) (0,0025 m)= 0,03289 m

1,155 (0,01 m)+0,03289 m 0,02 m(0,03289 m+0,02 m)

1,155 (0,01 m)+0,03289 m+0,02 m

k 2=0,5774 (0,02 m)(207 x 10 9 Pa )

ln [(0,03289 m 0,02 m)]

k 2= 7509776176

ln [ 1,28999 x 10 38,29987 x 10 4 ]= 1,70298 x 10 10 N

m

215


70/78

D 3= D 2+2tan (30 )t 2 "5ercer elemento#

D 3= 0,03289 m+2tan (30 ) (0,01 m)= 0,04443 m

1,155 (0,0127 m)+0,04443 m 0,02 m(0,04443 m+0,02 m)

1,155 (0,0127 m)+0,04443 m+0,02 m

k 3=0,5774 (0,02 m)(207 x10 9 Pa )

ln [(0,04443 m 0,02 m)]

1k m =

1k 1 +

1k 2 +

1k 3

1k m

= 13,81604 x10 10

+ 11,70298 x 10 10

+ 12,841 x 1010

k m= 8,3247 x109 N

m

Q onstante de rigide) de la unin " #

tili)ando la ecuacin :, se calcula !

C = k bk b+k m " :#

C =2,3757 x 10 9 N

m

2,3757 x 109 N m

+8,3247 x109 N m

= 0,222

216


71/78

Q

arga de (rueba "0 p#

6e la figura 4.> ? tipo > inter%alode tama2o _ / 1#, y utili)ando la ecuacin . < se tiene el %alor de la arga de prueba

Figura 4.39. specificaciones >S< para pernos de acero.


F ! = S ! A t

F ! =6894,757 kPa

1 k!si (85 k!si ) (2,45 x 104 m2)= 143,5833 kN

Q (recarga "0i#.

tili)ando la ecuacin . ; "precarga para conexin permanente#, se calcula 0 i!

F i= 0,9 F !

217


72/78

F i = 0,9 (143,5833 kN )= 129,225 kN

Q Esfuer)o en el perno

ediante la ecuacin .>9, se calcula el esfuer)o en el perno!

b =CP At

+ F i A t

b =0,222 (2160,93 N )

2,45 x 10 4 m2 +129,225 x103 N 2,45 x 10 4 m2 = 529,407 MPa

Q 0actor de seguridad por fluencia

n=S y b

= 634,3176 MPa529,407 MPa

= 1,2

ceptable

Q 0actor de carga "n#

El factor de carga se calcula con la ecuacin .>1

n= S ! At F iCP

218


73/78

n= 143,5833 x103 N 129,225 x 10 3 N

0,222 (2160,93 N ) = 29,93

Q 0actor de carga contra la separacin de la junta "no#

El factor de carga contra la separacin de la junta se calcula con la ecuacin .> !

n" = F i

P (1 C )

n" = 129,225 x 103 N

2160,93 N (1 0,222 )= 76,86

[email protected]. Caracter,"tica" e! "i"tema e anc!a0e para e/$ipo m$!tietapa :pa!a9b$rrito;

(ara la fijacin de la m$quina , se opt por enterrar 9 cm de cada bajo tierraen el $rea de instalacin. dem$s de esto, al final de la seccin bajo tierra de cadatubo, los tubos fueron atra%esados por dos cabillas de acero de 19 mm de espesor y>?9 mm de largo cada una, dispuestas en forma de cru) y fijadas por soldadura,

proporcionando una mayor fijacin al subsuelo. 5ambin se reali) unacondicionamiento del $rea de instalacin que pro%eer$ un mayor soporte y rigide) acada pie)a.

4.B. Co"to" e man$'act$ra

4.B.1. Co"to" e man$'act$ra e !a camina ora e"ttica

En las tablas 4.19 y 4.11, se detallan los costos indirectos y directos in%olucradosen la fabricacin de la caminadora est$tica

219


74/78

Tabla 4.10. -etalle de costos de los materiales indirectos para la construcci n del e!uipo de la

caminadora est+tica.

Co"to" in irecto"De"cripci)n Canti a Uni a Co"to

ecani)ado de bujes / / -s >.999,996isco de tron)adora 14in

/ -s 1.>99,99

Lija 9 > (liego -s >99,996isco para esmerilar 1 / -s ?99,99

5 5 L -s ?.199,99Fuente: Parra y Suta (2015).

Tabla 4.11. -etalle de costos de los materiales directos para la construcci n del e!uipo de la

caminadora est+tica.Co"to" irecto"

De"cripci)n Canti a Uni a Co"toL$minas de acero

&5 />:9cmx 9cm y espesor

in de di$metroy > mm de espesor

: m -s >.999,99

5ubo de acero &5 />: de _ in dedi$metro y > mm deespesor

: m -s .499,99

Fodamientos de bolas:>9 F& 8 F

4 / -s 1.;99,99

(erno acero &5 > ? tipo > de inde largo y ` in dedi$metro

; / -s 1. 99,99

5uerca de seguridadde _ in

; / -s 499,99

randela plana de _ in ; -s 49,990ondo anticorrosi%ocromato de )inc

1 +aln -s ;99,99

(intura epoxica _ +aln -s ;.999,99220


75/78

Electrodo re%estidoLincoln :91> de >M1:

Cg -s 1. 99,99

ano de obra paratorneado y ensamblajede rodamientos

/ / -s .999,99

ano de obra paraconstruccin

/ / -s 4.999,99

ano de obra pararecubrimiento

/ / -s 4.999,99

ano de obra parainstalacin

/ / -s >.999,99

5 5 L -s > .;, se obtiene el costo total de manufactura.

?.199 -s > .;.949 -s

El precio de comerciali)acin se obtiene con la ecuacin .>;.949 . 9,>9">;.949 .# 4


76/78

6isco de tron)adora 14in

1 / -s ?.999,99

Lija 9 > (liego -s


77/78

cm de espesor 5abla de madera> x1> cm de cm deespesor

/ -s ;99,99

5ornillos para unin demaderas 1 in de largoy in de di$metro consus tuercas

9 / -s .999,99

+raseras 1M; / -s :99,990ondo anticorrosi%ocromato de )inc

1 +aln -s de >M1:

4 Cg -s ;.999,99

5*inner 1 +aln -s >. 99,995*inner Feductor 1M4 +aln -s >.499,99

ano de obra paraconstruccin

/ / -s 4.999,99

ano de obra pararecubrimiento

/ / -s =.999,99

ano de obra parainstalacin

/ / -s >.999,99

5 5 L -s ;1.:99,99Fuente: Parra y Suta (2015).

tili)ando la ecuacin .>;, se obtiene el costo total de manufactura.

;.;?9 -s ;1.:99 -s.


78/78

4to Capitulo Correccion 1

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