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CAPÍTULO III

ESTRUCTURA FUNCIONAL

3.1 Análisis Funcional

El análisis funcional es una técnica cuyo propósito es el de separar la acción que se efectúa de un componente o mecanismo, para de este modo buscar nuevas soluciones a un mismo problema. El análisis funcional logra obtener mejores productos a un menor costo.

El análisis funcional de un producto o sistema y la elaboración de la estructura funcional es un primer paso para establecer la estructura modular de un producto (la mayor parte de diseñadores realizan estos procesos sin formalizarlos), a partir de combinar las diversas funciones en módulos de forma que se consigan los dos objetivos prioritarios siguientes:

- Agrupar las funciones en módulos

- Establecer interfaces adecuadas entre módulos (Interface mecánica, interface de energía, interface de transferencia de materiales, interface de señal)

3.2 Desarrollo de los Diagramas Funcionales

Los Diagramas Funcionales se presentan en detalle en el ANEXO 1

3.3 Análisis de los Diagramas Funcionales

Para el diseño funcional de la máquina se obtuvo un diagrama funcional de nivel cero, un diagrama funcional de nivel uno y un diagrama funcional de nivel dos, se considera que con el diagrama funcional final obtenido se abarcan las funciones adecuadas para describir el funcionamiento del sistema híbrido generador y acumulador de energía para bicicleta de ciudad, un diagrama funcional más minucioso conllevaría a una pérdida innecesaria en la flexibilidad del diseño.

En el nivel 0, se presenta la función global o primaria, que en este caso es la de optimizar la distribución de energía en el sistema bicicleta de ciudad. Como se observa, para que la máquina cumpla su función global es necesario tener como entradas energía cinética otorgada por el pedaleo del ciclista, energía potencial que está disponible en las variaciones de altura de la topografía del camino por el que circula la bicicleta y una o un grupo de señales que ordenen el accionamiento del sistema en sus distintos componentes. En el nivel 1 se especifica de manera general las diferentes funciones a realizarse para obtener una correcta distribución de la energía disponible en el sistema. Se detalla de forma más clara las diferentes funciones que conllevarían al cumplimiento de la función global.

Como se observa en este nivel las funciones primordiales a realizarse para distribuir el flujo de energía disponible se reducen a dos palabras básicas que son acumular y generar pero adicionalmente nos vemos en la necesidad de añadir dos funciones adicionales que son las de soportar y utilizar. De esta manera en este nivel disponemos de seis módulos en los cuales se van a cumplir las funciones específicas de: soportar las cargas del sistema, generar energía cinética rotacional en el sistema, acumular esta energía de manera mecánica, mediante esta energía mecánica almacenada generar energía eléctrica, la misma que se acumulará a manera de energía química para poder utilizarla cuando el usuario la requiera o dependiendo de la topografía del terreno por el cual circula. Como podemos observar estas funciones anteriores todavía son muy globales como para poder tener un criterio de cuáles serán los elementos que compondrán el sistema por lo cual nos vemos en la necesidad de realizar un análisis más detallado en el nivel 2.

En el nivel 2 abordamos el análisis funcional de nuestro sistema de una manera bastante organizada debido a que el nivel 1 podría considerarse como el cuál define las funciones que se desarrollarán a manera de módulos y mediante estas pudimos encontrar las funciones específicas más detalladas que componen a cada módulo en el nivel 2, las cuales ya son lo suficientemente delimitadas como para podernos permitir tener una clara idea de qué tipo de elementos necesitamos para que conformen a nuestro sistema.

Nivel Cero:

Nivel 1:

Nivel 2:

3.4 Definición en Módulos

La modularidad consiste en dividir al producto en varios bloques (módulos) funcionales o constructivos. El diseño de productos tomando en cuenta la modularidad ayuda enormemente en varios aspectos tales como la reducción de costos, la facilidad de mantenimiento, la ampliación de la gama y facilidad de producción, entre otros. Debido a que dentro del proceso se cumplen varias funciones, resulta conveniente llevar a cabo una división modular. Para esto se analiza cuidadosamente los diagramas funcionales para establecer la división modular más apropiada tomando en cuenta las interfaces de los flujos energéticos y de señal.

Nivel 2:

Al estudiar el diagrama se pueden establecer los siguientes módulos que en conjunto forman la estructura modular de la máquina a diseñar.

Esta función general de la maquina a diseñar se detalla más claramente, por lo cual se procede al nivel 2, en el cual se especifica dos modos de operaciones principales e identificadas a simple vista por su relativa dependencia:

Primer modo de Operación.- Generación de energía

Segundo modo de Operación.- Acumulación de energía

3.5 Soluciones para cada Módulo

3.5.1 Módulo 1

Este módulo cumple con la siguiente función:

• Distribuir el peso y cargas dinámicas en la estructura

Las posibles soluciones para este módulo se van a clasificar de acuerdo con la posición del sistema acumulador cinético en la estructura debido a que de esto depende directamente la estabilidad de la bicicleta durante el manejo y la seguridad del ciclista, el material del cual se realice el soporte del sistema se seleccionará una vez obtenidos los resultados de cálculo de las cargas que soportará el sistema.

3.5.1.1 Acumulador cinético en orientación vertical dentro del cuadro de la bicicleta

En esta disposición se tendría el mecanismo de acumulador cinético ubicado de manera vertical dentro del cuadro de la bicicleta de manera que se necesitaría una estructura de soporte para el mismo solidaria al cuadro de la bicicleta.

Ventajas:

• Otorga una buena estabilidad a la bicicleta durante su manejo debido a que no está unido directamente a las ruedas.

• Mediante esta disposición se tiene una distribución del peso del acumulador cinético sobre la estructura la cual lo distribuirá sobre dos puntos de apoyo que son las dos ruedas.

• Otorga buena maniobrabilidad al sistema ya que no está unido directamente a la dirección de la bicicleta.

• Distribuye las cargas estáticas y dinámicas generadas sobre una

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