Auto Solar

De Casiopea





TítuloTITULO 1 - Proyecto Auto Solar
Período2011-2011
Alumno(s)Melissa Troncoso

Auto Solar

Se trabaja en el desarrollo de un vehículo impulsado solo por energía solar que cumpla con las bases establecidas por la organización de la carrera en la que se pretende participar el Desafío Solar Atacama [1].

El Desafío Solar Atacama 2011, es la primera carrera de vehículos solares desarrollada en América Latina, es el reto de desarrollo en tecnologías autosustentables. Por ser la primera carrera de autos solares en Latinoamérica es indudable que aspectos como la innovación, la creatividad y la mejor ingeniería disponible junto con el desarrollo de un buen diseño juegan un rol fundamental en el proyecto.

La carrera tiene lugar en el norte grande de Chile, que se caracteriza por tener unos de los mayores niveles de radiación en el mundo. Así su clima en el desierto, las pendientes y sus vientos, otorgan al desafío un mayor nivel de dificultad. La competencia se desarrolla desde el 30 de Septiembre al 2 de Octubre, 2011. Iniciando en Iquique, atravesando; Calama, Antofagasta, y finalizando en Chañaral.

■ Paul McCready, vehículos a propulsión humana y energía solar

Paul McCready, conocido por el vuelo a propulsión humana, fue esto solo una de las muchas cosas con las que trabajo en su vida. Desde muy joven estuvo interesado en el aeromodelismo, ornitópteros, autogiros, helicópteros, deslizadores, aviones autopropulsados, modelos de interior y exterior. Se preguntaba por qué la gente no compartía el mismo entusiasmo en ellos, se entrenó para piloto de la marina y luego de la universidad, ingresó a vuelos sin motor, vuelos propulsados, considerando el primero como un tipo de afición y. Incursionó en el campo de la modificación del clima, a pesar de que estaba sacando un Doctorado en Ingeniería Aeronáutica. Como un estudiante graduado, podía asistir a las distintas charlas que se llevaban a cabo en un viaje a la costa este en relación a la modificación del clima; todos se acercaban a hablar con él pero al mismo tiempo, los profesionales en la materia se odiaban unos a otros, y no se comunicaban. Como resultado, obtuvo un conocimiento único en la materia, y fundó una compañía, que hizo más investigación en modificación del clima que cualquier otra.

Gossamer Condor, vuelo a propulsión humana

En 1971 funda AeroVironment, con pocos empleados e intentando como podía conseguir proyectos interesantes, no querían trabajar para compañías aeroespaciales en aquellos grandes proyectos a largo plazo. Por eso hicieron sus propios proyectos, más pequeños, con lo que la compañía fue creciendo de a poco. En 1976 se interesó repentinamente en el avión a propulsión humana, porque había hecho un préstamo de 100.000 dólares a un amigo, para crear una compañía, la cual no triunfó. Siendo él el aval del préstamo, tenía una deuda de 100.000 dólares y se dio cuenta que el premio Kramer al vuelo por propulsión humana, que ya llevaba 17 años en aquella época, era de 50.000 libras, alrededor de los 100.000 dólares que necesitaba. Así es como se acerca al vuelo a propulsión humana y no del modo en que lo enfocó al principio, pensando en formas de hacer aviones, tal como lo habían estado haciendo en Inglaterra, sin éxito y se rindió, pensando en que no había ninguna forma simple y sencilla de hacerlo. Entonces en un viaje acompañado de sus hijos, comienza a observar y estudiar el vuelo de los pájaros por diversión, veía un pájaro volando en círculos y medía su tiempo y estimaba el ángulo de alabeo e inmediatamente, calculaba su velocidad, radio de giro, etc. Comienza a pensar en cómo los pájaros daban vueltas, cómo los aviones podrían volar como las alas delta, entonces surge rápidamente la idea del avión tipo Gossamer Cóndor. "Era tan lógico, que cualquiera debería haber pensado en ello en primer lugar, pero nadie lo hizo", afirma McCready. Se trataba de mantener el peso abajo, el avión pesaba solo 70 libras, y aumentar el tamaño, como un ala delta, pero con 3 veces la envergadura, 3 veces el cable, un tercio de la velocidad, un tercio de la potencia y un buen ciclista capaz de proporcionar esa potencia. De este modo funcionó y ganaron el premio Kramer después de muchas pruebas, experimentos. Kramer ofreció luego un premio por atravesar volando el Canal de La Mancha, 21 millas y pensó que tardarían otros 18 años en que alguien pudiese lograrlo. McCready se da cuenta que limpiando un poco el Gossamer Cóndor, la potencia para volar bajaría un poco y con esto el piloto puede volar mucho mas tiempo y Brian Allen fue capaz de hacerlo, en un milagroso vuelo en que se hizo cruzar al Gossamer Albatros el Canal de La Mancha, ganando un premio de 200.000 dólares. Más adelante comienza a fabricar un avión propulsado por energía solar, porque sentía que la energía solar sería muy importante para el mundo. No querían que la baja financiación del gobierno bajase aun más, que era lo que el gobierno intentaba hacer y pensaron que un avión propulsado por energía solar no tendría mucho sentido, pero que podía hacerse y así la energía solar ganaría mucha publicidad. Lograron hacerlo y empezaron luego con otros proyectos en aviación, artefactos mecánicos y dispositivos de tierra. Desarrolló el Gossamer Pingüin, una versión del Gossamer Albatros a energía solar, del cual se hace una versión mejorada que logra un vuelo mas prolongado, el Solar Challenger. Después de varios otros proyectos, AeroViroment junto a General Motors y Hughes Aircraft se unen para trabajar en el Sunraycer.

Sunraycer, vehículo a energía solar

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El Sunraycer fue desarrollado para la primera carrera mundial de autos solares, la “World Solar Challenge Race”, en la cual obtiene el primer lugar dejando mucha distancia entre los demás competidores.

General Motors se interesó de inmediato al saber de la carrera World Solar Challenge y estuvo de acuerdo en financiar un estudio para ver si un auto alimentado por energía solar se podía construir en el período de 10 meses, la GM contrata a AeroVironment para hacer el estudio. Un mes más tarde, los ingenieros de AeroVironment llegan a la conclusión de que un auto altamente competitivo se podría construir en el tiempo que se disponía. AeroVironment, encabezados por su propietario Paul MacCready cierra contrato para construir lo que sería llamado el Sunraycer.

Durante el proceso, el objetivo principal era lograr un vehículo lo mas ligero y de menor resistencia al viento posible. Con estos conceptos AeroViroment, realiza un diseño que resultó ser muy ligero de 265 kg y de un coeficiente de roce muy bajo (Cx: 0,125). El Sunraycer logró ser rápido y capaz de alcanzar una velocidad máxima de 109 km/h.

Un total de 8.800 celdas solares fueron fabricadas e instalados por un equipo de Hughes Aircraft, que tenía una gran experiencia con las células fotovoltaicas utilizadas en los muchos satélites de comunicaciones que diseñó y construyó. El Sunraycer podía generar alrededor de 1500 vatios de potencia al mediodía. General Motor utilizó un nuevo tipo de motor magnético basado en imanes Magnequench que habían sido recientemente inventados por el departamento de física. Este nuevo motor era eficiente y muy ligero, su eficacia estaba alrededor del 92 %.

Aparte del conductor, el unico elemento pesado en el vehículo era el pack de batería Huges que utilizaba pilas de óxido de plata. Estas fueron incluidas para proveer poder extra al pasar los camiones, para suavizar el funcionamiento del vehículo y porque las reglas de la carrera permitían conducir entre las 8AM y las 5PM, pero permitían que los autos cargaran sus baterías con la luz del sol aunque no se encontraran en la ruta. Entonces, la batería permitía conducir durante las horas permitidas incluso cuando estaba nublado.

El chasis o marco del auto pesaba tan sólo 6,3 kg. La carrocería fue fabricada con Kevlar. El auto fue sometido a un período de pruebas en el cual logro alcanzar un record mundial de velocidad, alcanzando los 58 km/h unicamente con energía solar.

Medía 6 metros de largo, 2 metros de ancho y sólo 1 metro de alto. Un año despues de la carrera, el Sunraycer rompió el récord de velocidad de accionado solar con una velocidad máxima de 121,145 km/h. Por comparación, el auto ganador en el 2005 del “World Solar Challenge” fue el Nuna 3 , que tenía una velocidad máxima de 140 km /h y viajó con velocidades de 110 a 120 km / h. Posteriormente, después de 22 años el UNSW SunSwift rompe el record del auto solar mas rápido del mundoen enero de 2011.

Problemática Ambiental


En 1982 Paul McCready recibe un premio de la Fundacion Lindbergh, y preparó un informe al respecto, donde recogía todos sus variados pensamientos e intereses durante años. Esta fue su oportunidad para concentrarse en lo que realmente buscaba: La importancia de los problemas ambientales; a los que Charles Lindbergh dedicó el último tercio de su vida. Pensó que si fuese un viajero espacial y volviera cada 5mil años a la tierra, luego de unas cientas visitas, vería lo mismo cada vez, las pequeñas diferencias en la tierra. Pero que repentinamente habría enormes cambios en el entorno, en la concentración de la población y sería simplemente increíble la cantidad de cambios sufridos. Uno de los mayores cambios sufridos es hace 200 años fue cuando se comenzó a usar carbón del subsuelo, lo que produce mucha contaminación y hace 100 años se comienza a obtener gasolina del subsuelo, trayendo consigo mas contaminación. El consumo y producción de gasolina alcanzaría su límite y luego disminuiría, trayendo consigo la problemática de lo que ocurriría con los medios de transporte.

En 1998, enseña un análisis de estadísticas de los humanos vs la naturaleza, desde 1850 al 2050, muestra con una línea roja cómo la cantidad de humanos, ganado y mascotas, aumenta y la línea verde, de la naturaleza salvaje disminuye casi desapareciendo. Al 2003 la línea roja equivale al 98% de la masa mundial, no se sabe qué ocurrirá en un futuro pero difícilmente esa cifra bajaría. Hace 10.000 años este porcentaje no equivalía ni a la décima parte de un 1%. Paul MacCready plantea la observación de un planeta en el que el hombre ha dominado por completo la naturaleza, y habla acerca de lo que podemos hacer para preservar el balance de la naturaleza. Su contribución: aviones solares, planeadores super eficientes y el auto eléctrico.

Recalcando siempre un lema que lo acompañó durante todos sus proyectos al igual que en su diario vivir: "Hacer más con menos". Con esto se refiere a que con un mínimo de recursos lograr hacer grandes cosas.

■ Aplicación de Energía de Propulsión Humana

Bicicletas generadoras de energía a propulsión humana, que permite cargar teléfonos celulares durante un concierto al aire libre











El cuerpo humano tiene la capacidad de generar fuerza mecánica, gracias al aporte de los alimentos que permiten el movimiento muscular y el funcionamiento del metabolismo esencial para la vida. La caloría es equivalente a la cantidad de calor que se necesita para aumentar en un grado la temperatura de un gramo de agua; es una unidad energética muy pequeña por lo que la aportación energética de los alimentos se mide en kilocalorías donde 1kcal= 1000 calorías. Las alimentación del ser humano contiene entre 1000 y 4000 kcal/día. La cantidad de energía va cambiando según las actividades que se lleven a cabo. Parte de la energía de los alimentos es destinada al mantenimiento metabólico basal. Por ejemplo, una persona adulta de 70kg necesita un mínimo de 1650 kcal/día de alimento como mínimo.Es importante que el aporte calórico provenga de cada tipo de alimento que el cuerpo humano. Los hidratos de carbono proporcionan 4 kcal por gramo, igual que las proteínas, las grasas proporcionan 9 kcal por gramo. El alimento que se consume, es como el combustible, ya que es determinante para la actividad que se realice. Si se consume más de lo que se gasta la calidad metabólica pierde calidad. En el sistema internacional la unidad de medida de energía es el Joule (J), aunque por tradición también se emplea la caloria (cal), pero también tiene equivalencias con el vatio hora (W•h) y el kilovatio hora (kW•h).

1 Cal = 4,18 J = 1,157•10-6 kW•h = 1,157•10-3 W•h

1 Joule = 0,24 cal = 2,778•10-7 kW•h = 2,778•10-4 W•h

1 kW•h = 864000 cal = 3.600000 J = 1000 W•h

La potencia es la energía consumida o generada por unidad de tiempo. La unidad en el sistema internacional es el vatio (W), que es un Julio por segundo. Y cuando hablamos de energía o potencia eléctrica vale la pena recordar que:

Ah (amperios hora) • Voltaje en Voltios (V) = energía en W•h (vatios hora)

A (amperios)• Voltaje en V (voltios) = potencia en W (vatios)

La potencia media energética humana con alimentación adecuada está alrededor de los 150 W sobre una máquina capaz de su aprovechamiento como es una bicicleta. Una persona común y corriente, puede dar fácilmente unas 90 pedaladas por minuto, (1,5 pedaladas por segundo), de los que ya se consumen unos 100 W en mover el peso de las propias piernas. Los niveles de potencia que un ser humano puede proporcionar pedaleando depende tanto de la fortaleza muscular como del tiempo. Por breves espacios de tiempo sobre una bicicleta se pueden desarrollar potencias de hasta 400 W, pero lo normal es que para usos energéticos extendidos durante varias horas no se supere los 50 W. Así mismo, el trabajo muscular depende también de la interacción con el entorno del ser humano. No es lo mismo el pedaleo estacionario que sobre una ruta. En una ruta el ciclista ha de vencer la resistencia al viento y del rozamiento de la superficie por donde se conduce. La potencia real que se puede ejercer depende de la relación entre la velocidad de rotación en revoluciones por minuto y el rendimiento en la transmisión. Una bicicleta con un plato en el eje de pedaleo de 48 dientes y un engranaje de 12 dientes en la transmisión permite un desarrollo con sólo una pérdida del 10 % respecto a un ideal como es 15:1. Es decir que aplicando 50 W de potencia el pedaleo nos entregaría 45 W. Sin embargo, hay otras partes que intervienen como son la medida de las bielas o también la propia posición del ciclista. Igualmente, el diseño del plato aporta mejoras en la eficiencia. Pero si en vez de desplazarnos con la bicicleta, lo que queremos es generar energía eléctrica, el rendimiento final obtenido dependerá del ingenio que genere la energía eléctrica, en este caso la dinamo o generador.


Bicicleta Generadora de Energía

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0. Bicicleta

1. Correa de Transmisión

2. Alternador de Vehículo

3. Batería

4. Inversor de Corriente


Consiste en una bicicleta común y corriente, con la rueda trasera en el aire, sostenida por una estructura básicamente triangular que la sostiene. La rueda debe tener sólo la llanta metálica y debe estar alineada con el rotor del alternador del vehículo. Asimismo, éstos deben estar conectados por medio de una correa de transmisión. Al estar bien alineados y tensos, el movimiento de la rueda deberá mover el rotor del alternador. Tres cables de color deben salir del alternador hacia la batería(12V). Uno va al borne negativo y el otro al positivo. La batería debe ser de 12V, de automóvil. Finalmente, con un inversor de corriente de 150W de potencia se logra cambiar de 12V a 220V y poder enchufar cualquier dispositivo que no consuma más de 150W por hora. Esto ultimo puede variar dependiendo del inversor de corriente que se utilice.

Asi, se construye una bicicleta generadora de energía, en la que el ser humano es el factor clave, encargado de entregar la propulsión mediante el pedaleo sobre la bicicleta.

■ Análisis de un Fórmula 1

Se descompone un Fórmula 1 en cada uno de los elementos que conforman la aerodinámica del vehículo.

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0. Alerón delantero, encargado de hacer el 33% de la carga total, del auto, hacia abajo y de alejar lo más posible el flujo de aire que va hacia las ruedas.

1. Aletas de cono, re-ordenan pequeñas turbulencias generadas por imperfecciones generalmente notadas posterior al diseño general del auto.

2. Pontones, guían el aire hacia los radiadores y por su cara superior dirigen el aire hacia el alerón trasero ejerciendo una menor resistencia.

3. Deflectores laterales, canalizan el aire hacia los pontones y guían las ráfagas sobrantes por debajo del auto.

4. Difusor, controla el aire debajo del auto. Mientras más rápido salga el aire, aumenta la fuerza de adherencia. Los F1 además, tienen un fondo plano que provoca una menor cantidad de flujo de aire que pasa por debajo para que aumente la f. de adherencia.

5. Toma de admisión, encargada de llevar el aire al motor ingresando por un tubo que trabaja como un embudo, es decir, se va agrandando para que el flujo se vaya frenando.

6. Alerón trasero, ayuda a mantener el auto apegado al suelo. Puede llegar a producir 600kg de carga dependiendo del ángulo en que se encuentre.

Esquema general de como actúan los flujos de aire y las distintas fuerzas en un F1. Las líneas rojas y continuas representan los flujos de aire.

Cockpit de un Fórmula 1

Actualmente en la Fórmula 1, los monoplazas son inmensamente resistentes debido a la estructura del monocasco. Esto incorpora el cockpit o cabina, lugar de máxima seguridad para los pilotos, pero también forma la parte principal del chasis, con el motor y la suspensión delantera montada directamente en él. Por esto requiere que sea lo más duro posible, para cumplir con funciones estructurales y de seguridad.

En la mayoría de los autos el monocasco está fabricado en fibra de carbono. Normalmente esto comprende un laminado exterior de alta densidad y una estructura interior de panal de abeja, resistente pero ligero. La construcción del monocasco es uno de los procesos más duros, para ingenieros y técnicos, son cientos de piezas de fibra de carbono que luego son unidos con adhesivos especiales muy fuertes.

El cockpit actúa como una célula de supervivencia, es un espacio en que el piloto se encuentra seguro, es indeformable y protege las piernas y el cuerpo del conductor, gracias a esto y al desarrollo riguroso de tecnologías de seguridad, muchos pilotos han podido sobrevivir a grandes impactos.

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Algunos de los elementos de seguridad dentro del cockpit son:

1. El casco, que no debe pesar más de 1,8kg. La visera es de un material sintético Lexan de altísima resistencia. Está recubierta de capas laminadas que el piloto quita cuando se ensucian. Posee ciertas formas aerodinámicas que resultan de pruebas en túneles de viento, al igual que los automóviles.

2. El backet se ajusta al cuerpo del piloto y está formado por varias capas. La primera es de un forro de cuero de Alcántara, una segunda capa es de almohadillado de poliéster y finalmente la capa del asiento de fibra de carbono. Cuenta con cinturones de 5 o 6 fijaciones y almohadilla para las rodillas.

3. El sistema Hans (Head and neck support), hecho de fibra de carbono, evita que la cabeza del piloto sea proyectada hacia adelante y que la columna vertebral se estire en exceso en la región cervical.


Un principio fundamental es que el piloto debería ser capaz de salir del monoplaza en el menor tiempo posible -cinco segundos según las regulaciones- y sin tener la necesidad de quitar algo excepto el volante (para quitar el volante se estiman también otros cinco segundos). La célula de seguridad incorpora protección de choques en la parte frontal y trasera, así como el aro de protección obligatorio detrás del asiento del conductor. En los últimos años ha aumentado el esfuerzo por la protección de la cabeza de los pilotos, la zona más vulnerable en el caso de que salgan volando desperdicios del monoplaza, implantando pequeñas paredes a los lados del cockpit.

Musculatura

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a. Los músculos mas utilizados para el momento de aceleración:

1. Músculos del cuello, al apoyar la cabeza en el reposa-cabeza.

2. Cuádriceps.

3. Gemelos.

b. En el momento de des-aceleración se utiliza: ( Nuevamente los músculos del cuello)

4. Abdomen

5. Recto Femoral

6. Pierna derecha

c. Para las curvas los músculos mas solicitados son:

7. Trapecio y esternocleidomastoideo, en las curvas rápidas la fuerza de adherencia del neumático al suelo, hace que el auto siga el camino marcado por el piloto. Las fuerzas laterales someten al piloto a fuerzas de 4 o 5 veces la fuerza de gravedad.

8. Deltoides

9. Biceps del brazo del lado interior de la curva

10. Triceps del brazo del lado exterior a la curva.

■ Habitáculo

Ergonomía

"La ergonomía señala el camino hacia la utilización óptima del más valioso medio de producción,el ser humano"

Es el estudio de datos biológicos y tecnológicos aplicados a problemas de mutua adaptación entre el hombre y la máquina.

Importante, en éste ámbito son los factores atmosféricos. Que son aquellos que conforman el ambiente, o atmósfera en la cual se desenvuelve el ser humano para llevar a cabo una tarea, que en este caso es el conducir un vehículo.

La ergonomía dentro del habitáculo se ve reflejada también en la comodidad y seguridad.

La Comodidad

La comodidad del piloto depende de que el diseño sea adecuado a sus características antropométricas, a conocer sus rangos de visibilidad y movimiento, así como mantener las condiciones ambientales que resulten confortables y seguras, situaciones que no únicamente se reflejan en el diseño de los asientos, tableros y la climatización interior. De los estudios realizados en ergonomía en relación al diseño de los automóviles se puede determinar lo siguiente:

• Determinar la posición, tamaño y coloración del parabrisas de tal forma que maximice la visibilidad del conductor, le proporcione un nivel de iluminación adecuado disminuyendo los brillos que pudieran afectarle, a la vez que reducen los brillos que puedan producir y afectar a otros conductores.

• Determinar el grado de molestia y confusión que provoca la vibración de los espejos laterales y retrovisor al conductor.

• Posiblemente en el área que más se haya investigado es en la disposición de los controles e indicadores en el tablero, asiento y otras partes del automóvil, que en base a las posibilidades y rangos de movimiento del conductor, permiten modificar las condiciones de posición, visibilidad, monitoreo del comportamiento del automóvil y ambientales en el interior, sin distraer la atención del conductor de situaciones que representen algún riesgo importante.

La Seguridad

En el área de seguridad en el automóvil, se consideran tres factores fundamentales y estrechamente relacionados entre si, el conductor, el vehículo y la carretera e infraestructura por donde se transita; cada una de estas partes aporta su fracción correspondiente y al interactuar entre todas permiten alcanzar un nivel elevado de seguridad y confort para el conductor del vehículo.

Las acciones y elementos de seguridad pueden clasificarse en tres grandes áreas:

Seguridad pasiva, cuyo objetivo es proteger al conductor en caso de algún accidente, limitando las consecuencias de este. Esta área de la seguridad se encomienda principalmente al desarrollo del equipo de seguridad con que se dota al automóvil, como lo son los cinturones de seguridad, bolsas de aire (airbags), zonas de absorción de impacto en la carrocería, asientos y cabeceras, sistemas de prevención de incendio e interruptores de energía y combustible en caso de accidente.Dentro del diseño de algunos de estos elementos, como el cinturón de seguridad, asiento y cabeceras, es fundamental el conocimiento del cuerpo humano, sus características antropométricas y biomecánicas, que permiten un eficiente diseño de estos elementos que proporcionan seguridad al usuario, a la vez que resultar cómodos y confortables al utilizarlos con regularidad.

Seguridad activa, cuyo objetivo es reducir el riesgo de accidentes e incluye todos los equipos y dispositivos que garanticen frenadas estables y eficaces, comportamientos previsibles para superar y recuperarse rápidamente de posibles situaciones de riesgo. Dentro de esta área de la seguridad los sistemas, equipos y dispositivos del automóvil que se puede incluir son los sistemas de frenos y antibloqueo, luces, control de tracción y dirección, suspensión, y todos los elementos que de alguna forma interactúan con estos sistemas, pero por la parte del conductor es de gran importancia las consideraciones ergonómicas que le permitan interactuar con estos sistemas, así como la adecuada recepción y comprensión de las señales recibidas para actuar en consecuencia, de tal forma que minimice o reduzca la situación de riesgo a la que se enfrente.

Seguridad preventiva, que depende del conjunto de soluciones técnicas en el automóvil y su interacción con el usuario, haciendo su estancia más confortable y creando las condiciones que les permitan incrementar el nivel de seguridad a sus ocupantes. En esta área de la seguridad es de gran importancia la visibilidad, en la que conociendo las características antropométricas de los usuarios y sus rangos de movimiento se busca maximizar las áreas de cristal en parabrisas y ventanas laterales, pero apoyando y extendiendo el rango de visibilidad del conductor por medio de espejos laterales y retrovisores, así como cámaras y pantallas, sensores de proximidad de otros vehículos, cámaras infrarrojas o que detectan movimiento en algunos modelos recientes de automóviles, o aún en fase experimental, pero que en cualquier caso buscan proporcionar más información al usuario que le permita maniobrar incluso en condiciones atmosféricas adversas como lluvia, niebla u oscuridad.

Dimensiones
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El esquema muestra tres puntos clave dentro del habitáculo, en cuanto a las dimensiones.

1. Los ángulos que indican la posición más adecuada para el cuerpo a la hora de conducir. La inclinación del asiento debe permitir al usuario mantener un ángulo cercano a los 100° entre el muslo y su cadera,éste ángulo apoya la parte superior del cuerpo manteniendo la postura derecha y atenta. También se debe formar un ángulo de 135° aproximadamente entre los muslos y las piernas al alcanzar los pedales. Los hombros deben estar alineados con las caderas y posicionados firmemente detrás de ellas. El piloto por reglamento de la competencia Atacama Solar Challenge debe tener una inclinación maxima de 27° de la vertical.

2. El manubrio debe tener de diámetro D un mínimo 180mm y un máximo de 250mm y el espesor del aro debe ser como mínimo de 20mm y un mázimo de 50mm. La fuerza periférica de accionamiento con una sola mano es de un mínimo de 2kgs y máximo de 13kgs, con ambas manos el máximo es de 25kgs. El diseño debe tener protuberancias en el aro para el tacto con los dedos como se puede observar en el esquema en el lado derecho del dibujo indicado con una letra d, lo que permite la aplicación mayor de fuerza, ya que procura un asidero mejor al volante. La posición del volante debe permitir al piloto mantener los hombros relajados, así como los músculos de la espalda y cuello

3. Las dimensiones ideales que debe tener un pedal son de ancho B mínimo 75mm, una altura M mínima de 25mm, carrera V máxima de 60mm para el movimiento del talón solamente y una carrera V máxima de 75mm para ,movimiento de toda la pierna.

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El campo de visión normal es aquel que se encuentra inmediatamente frente al observador en una zona de 30° bajo el nivel del ojo. Se deben evitar los contrastes muy grandes de brillo luminoso y la colocación de muchas luces de aviso.Estas deben utilizarse únicamente para casos urgentes, deben ser colocadas en el centro del campo de visión, 30° arriba o abajo del nivel del ojo.

El mantener condiciones ideales de temperatura y humedad dentro del automóvil, como se indica en los factores atmosféricos, permite mantener una adecuada visibilidad al no condensar la humedad en los cristales y disminuir la visibilidad, a la vez que puede mantener en estado de alerta al conductor para reaccionar ante cualquier imprevisto o situación insegura. Además de tener buena visibilidad o información de los alrededores, también es de gran relevancia el ser visto por los otros conductores. Se debe alcanzar niveles adecuados de iluminación para el conductor y hacer visible el automóvil para otros conductores sin reducir su nivel de visión.

Factores como la amplitud en el habitáculo, la facilidad de accionar los controles desde una posición que no requiera distraer la atención de la carretera, así como el percibir, recibir y entender las señales del tablero, en especial en condiciones de conducción nocturna o de baja iluminación, y mantener aislados y bajos niveles de ruido proveniente del motor y otras partes del automóvil, favorecen la concentración del conductor y le permiten realizar viajes más cómodos y seguros.

Forma
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La altura de la cabecera del asiento debe ajustarse de tal forma que la mitad de esta coincida con la altura media de las orejas del ocupante. El asiento debe estar en la posición más cómoda y adecuada, en lo que se refiere a la distancia al suelo, a los pedales, y con la inclinación del respaldo que le asegure un soporte lumbar y sujeción lateral adecuada.

El asiento debe estar posicionado de modo que se apoye la parte inferior del cuerpo y los muslos uniformemente. No deben haber puntos de presión al final del asiento. Los muslos deben extenderse pasado el asiento de modo que la parte trasera de las rodillas en lo posible no haga ningún contacto La altura del asiento del conductor, puede mejorar su ergonomía y comodidad. El asiento debe estar de tal modo que permita la visibilidad necesaria hacia fuera el parabrisas, sin exceder en altura para que las piernas no interfieran con el volante.

El ajuste del cinturón de seguridad es de gran importancia, y debe sujetar al usuario por la clavícula y el pecho, manteniendo fija la zona del hueso sacro-ilíaco pero sin que la opresión resulte incómoda; el ajuste del cinturón de seguridad no debe permitir que el usuario se deslice por debajo del cinturón en caso de frenar de forma inesperada o de un choque frontal.

Indicadores en Cabina

Intermitente, freno, estacionamiento, luces (altas y bajas). Estos sistemas funcionan todos de la misma manera. Cada uno de ellos posee un equivalente para el sector “Luces exterior”. En la parte del circuito en donde se conecta las luces con la alimentación, en paralelo se conecta una resistencia y un LED. Dicho LED presentará el mismo funcionamiento que las luces exteriores y servirán de indicadores para el piloto.

Velocidad. Este indicador representa la velocidad que lleva el vehículo. Depende específicamente del controlador, por lo que no se puede definir con claridad el funcionamiento. El indicador útil para el usuario puede ser de LED’s, de dígitos con un display 7 segmentos, indicador con pantalla LCD, etc.

Revoluciones. El indicador de revoluciones al igual que de velocidad puede ser tanto de LED’s como de pantallas y displays.

Estado de la comunicación con equipo de supervisión. Aunque la información se esté recibiendo de manera adecuada por el equipo de supervisión, el piloto debe saber que la información se está enviando o al menos que la comunicación entre los equipos se ha establecido correctamente. Es por eso que un LED indicará con su luminosidad el estado de comunicación. Para esto a través de un módulo XBee se enviará un carácter, el módulo recibirá este carácter y enviará un carácter de respuesta. Si este suceso ocurre, el sistema activará el Led. Esto lo manejará el microcontrolador “Maestro” del bus CAN.

Temperatura del motor. Ya que para el piloto no es necesario saber con certeza la temperatura del motor, una alarma luminosa se activará cuando dicha variable supere un valor límite. Así también se desactivará cuando el límite sea restablecido. De esto se encargará un nodo dentro del bus. Un microcontrolador estará leyendo continuamente la señal análoga de temperatura y haciendo una comparación se levantará o no una salida digital.

Temperatura del habitáculo de conductor. Esta información se presentará como alarma, como indicador numérico o por niveles. La definición debe ser tomada por el equipo discutiendo cuál será la más adecuada asegurando la integridad de la salud del conductor. La obtención de esta variable será a través de un sensor de temperatura fijado en la cabina. Procesada por un nodo del bus y presentada por la opción a definir.

Distancia recorrida Este indicador informa al piloto cuánto ha recorrido en distancia y en conjunto con el tiempo de conducción, se logra una aproximación de cuánto resta del camino. La presentación de esta información será con un display de 7 segmentos o a través de una pantalla LCD y se discutirá con el equipo la decisión adecuada.

Tiempo de conducción El objetivo de esta medición es indicar el tiempo de conducción del piloto. Para obtener esta medida, un nodo del bus CAN puede estar calculando el tiempo desde que fue encendido (timer PIC) y presentando la información en una pantalla LCD cada vez que sea solicitada (interrupción), o cada cierto tiempo. Otra posibilidad es con un temporizador externo (555) el cual puede ajustarse como un reloj, aunque no de manera precisa.

Comunicación bidireccional entre piloto y equipo de supervisión. Existirán 2 tipos de comunicación entre el equipo de supervisión y el piloto. Una será a través de módulos radiotransmisores. El otro tipo de comunicación será a través de un botón de alerta desde el piloto hacia el equipo. Este botón, que se traduce en una señal activa, lo leerá el microcontrolador correspondiente al responsable de envío de los datos. Posteriormente, el dicho microcontrolador enviará un carácter de alerta por puerto serial al módulo XBee. Desde el receptor se captará dicho mensaje y se enviará por puerto serial al PC. El SW será el responsable de presentar esta alerta.

■ Distribución de pesos

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En la repartición de los pesos hay 4 puntos fundamentales que se deben tomar en cuenta:

1. El centro de gravedad del vehículo debe encontrarse lo mas cercano al suelo, lo que le otorga estabilidad y adherencia al suelo.

2. La distribución de los pesos W sobre el vehículo, debe ser de tal manera que queden equitativamente repartidos a ambos lados del eje x que atraviesa al vehículo de cola a punta.

3. Hacia la mitad delantera la estabilidad es mayor ya que al tener 2 ruedas, se tienen 2 puntos de apoyos en los cuales se reparte el peso.

4. Para evitar el volcamiento en las curvas, el peso debe estar bien distribuidos hacia los costados exteriores del vehículo. Así se evita que el peso se concentre en el centro y se distribuya en los distintos puntos de apoyo.

■ Páginas y Libros

Libros en el área Ergonomía:

  • Manual de Ergonomía de F.Kellermann - P.van Wely - P.Willems
  • Human Engineering Guide to Equipment Design
  • Ergonomía 1, Fundamentos de Mondelo - Gregori Torada - Barrau Bombardo