TP Producto de Diseño
Elementos I
PRODUCTO: bicicleta tipo BMX
USUARIO: este tipo de bicicletas fueron diseñadas para profesionales del deporte y de esta disciplina, pueden ser usadas por adolescentes que practican esta actividad como también por gente adulta. Por su forma y estética las bicicletas de BMX están destinadas a ser usadas por personas del sexo masculino.
FORMA DE USO: el uso mas común que se le puede dar a la bici de BMX, es como medio de trasporte, para llegar de un lugar a otro pedaleando. Pero como ya dijimos estas bicis están diseñadas para profesionales y se destacan distintas modalidades en las que se le da diferentes tipos de uso.
Race: se realiza en una pista parecida a las pistas de motocross, sobre un terreno con arena arcillosa compacta para evitar incrustaciones de la bici. El primero en llegar a la meta es el ganador.
Freestyle: lo que se denomina estilo libre y consiste en realizar trucos y saltos con la bici, ya sea en rampas de tierra, en parques diseñados especialmente o sorteando obstáculos en la calle.
PRINCIPIOS BASICOS DE FUNCIONAMIENTO: la bicicleta cuenta con componentes básicos: dos ruedas de igual diámetro las cuales se encuentran dispuestas en línea, un sistema de transmisión a pedales compuesto por la caja, las masas y un juego de palancas, un cuadro metálico que le da la estructura e integra los componentes, un manubrio para controlar la dirección y un asiento para sentarse. El desplazamiento y funcionamiento de la bici se obtiene al girar con las piernas la caja de los pedales que a través de una cadena hace girar un piñón, que a su vez hace girar la rueda trasera.
PARTES QUE LA COMPONEN:
Cuadro.
Material que lo compone: Aleación metálica liviana no ferrosa.
Horquilla.
Material que lo compone: Aleación metálica liviana no ferrosa.
Pedales.
Material que lo compone: Aleación metálica liviana no ferrosa.
Palancas y caja.
Material que lo compone: Aleación metálica pesada no ferrosa.
Manubrio.
Material que lo compone: Aleación metálica liviana no ferrosa.
Plato o corona.
Material que lo compone: Aleación metálica liviana no ferrosa.
Stem.
Material que lo compone: Aleación metálica liviana no ferrosa.
Llantas.
Material que lo compone: Aleación metálica liviana no ferrosa.
Cubiertas.
Material que lo compone: Plástico – Elastómero.
Puños.
Material que lo compone: Plástico – Elastómero.
Asiento o sillín.
Material que lo compone: Plástico.
Debido a la gran cantidad y variedad de piezas que componen a la bici, las cuestiones químicas, matemáticas y físicas se centraran en las partes más importantes del producto como son el cuadro y las ruedas.
QUIMICA
COMPOSICION QUIMICA
El material que compone al cuadro y a la mayoría de las partes metálicas de la bici es el Cromoly 4130, aleación de cromo y molibdeno. Otras piezas se encuentran formadas por aluminio, como el stem, las llantas y la corona.
Cromo (Cu): metal que es de color blanco plateado, duro y quebradizo, se encuentra en estado sólido. Sin embargo, es relativamente suave y dúctil cuando no está tensionado o cuando está muy puro.
Sus propiedades mecánicas, incluyendo su dureza y la resistencia a la tensión, determinan la capacidad de utilización. El cromo tiene una capacidad relativa baja de forjado, enrollamiento y propiedades de manejo.
Punto de ebullición: 2665 ºC.
Punto de fusión: 1875 ºC.
Molibdeno (Mo): es un metal de transición, de color gris metálico que se encuentra en estado sólido.
Punto de ebullición: 5560 ºC.
Punto de fusión: 2610 ºC.
El material que compone a las cubiertas es el caucho, y como todo elastómero esta compuesto por hidrogeno (H), que se encuentra dentro de los no metales en la tabla periódica, es un gas incoloro, inodoro, insípido, no metálico y altamente inflamable. El carbono (C) que es sólido a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación, puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas, carbono amorfo y cristalino en forma de grafito (negro) o diamante (incoloro). Es el pilar básico de la química orgánica. Se encuentra dentro de los no metales en la tabla periódica. Punto de fusión: 3727 ºC. Punto de ebullición: 4830 ºC.
Para formar el caucho que se utiliza para las cubiertas se le agrega azufre (S) este no metal tiene un color amarillento, amarronado o naranja, es blando, frágil, ligero, desprende un olor característico a huevo podrido al combinarse con hidrógeno y arde con llama de color azul. Punto de fusión: 119 ºC. Punto de ebullición: 444,6 ºC.
El proceso de vulcanizado agregando azufre mejora las propiedades del caucho.
Para el reconocimiento del elastómero se utilizo el kit para la identificación de plásticos, midiendo las propiedades mecánicas, ópticas, su densidad, combustibilidad, duración de la flama, alteración de la muestra, color de la flama, color de los humos.
FORMULA QUIMICA.
Cromoly
No se encontró la formula química del cromoly
Caucho
Butadieno
El caucho sintético se obtiene de la polimerización del butadieno
UNIONES QUIMICAS
Las uniones químicas son las fuerzas que mantienen unidos los átomos de una molécula.
Las aleaciones como la del cuadro de la bicicleta forman uniones metálicas. Las sustancias metálicas se caracterizan por:
No forman moléculas sino una red de cationes dentro de la cual pueden moverse libremente los electrones.
Sus puntos de ebullición son en general altos.
A temperatura ambiente son sólidos.
Son insolubles en todo tipo de solventes, tanto polares como no polares.
Conducen la corriente eléctrica tanto en estado sólido como liquido. Son los mejores conductores de la electricidad.
Son dúctiles y maleables, o sea pueden deformarse para hacer hilos o laminas
Tienen brillo. Casi todos son plateados.
Los elastómeros como el caucho forman uniones covalentes. Las uniones covalentes se caracterizan por:
Forman moléculas, salvo excepciones.
Tienen puntos de fusión y ebullición bajo
A temperatura ambiente pueden ser gaseosas, liquidas o sólidas como en el caso en este caso, dependiendo de la intensidad de sus fuerzas intermoleculares.
Serán solubles en solventes polares si son polares y en solventes no polares si son no polares.
No conducen la corriente eléctrica, ya que no existen cargas eléctricas que puedan moverse.
FUERZAS INTERMOLECULARES
Solo el caucho forma fuerzas intermoleculares, ya que las fuerzas intermoleculares existen solamente en las sustancias que forman moléculas. En general, los elastómeros no tienen grupos muy polares o lugares muy aptos para puentes de hidrogeno: las cadenas extendidas no se ajustan muy bien entre si por lo que no pueden operar eficientemente las fuerzas de Van Der Waals.
Sus moléculas son alargadas y delgadas, se alinean cuando se estira el material pero cuando se elimina la fuerza de estiramiento las moléculas de un elastómero no permanecen extendidas y alineadas; vuelven a sus conformaciones desordenadas originales.
CARACTERISTICAS QUIMICAS
Las aleaciones son sustancias compuestas por estar formada por la unión de dos o más elementos químicos, cromoly, Cr y Mo. Si analizamos el cuadro de la bici como sistema, se considera un sistema homogéneo, ya que posee las mismas propiedades intensivas en todos sus puntos. Puntos de fusión, de ebullición, temperatura.
Los elastómeros son también sustancias compuestas por estar formados por dos o mas elementos químicos, butadieno C y H. Si analizamos las cubiertas de la bici como sistema, se considera un sistema homogéneo, ya que posee las mismas propiedades intensivas en todos sus puntos. Puntos de fusión, de ebullición, temperatura.
Si consideramos la bicicleta en su totalidad como sistema, se considera un sistema heterogéneo ya que posee distintas propiedades intensivas en todos sus puntos, 2 o mas fases y 1 o mas componentes.
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Propiedades Físicas
Eléctricas: -Cuadro: buen conductor -Cubierta: mal conductor
Dicha propiedad se midió pelando ambos extremos de dos cables, los dos extremos superiores se colocaron a una batería. Los otros dos a uno se le coloco una lamparita y al que quedo libre se le hizo contacto con los materiales nombrados. Si la lamparita encendía es buen conductor, de lo contrario, mal conductor.
Térmicas: -Cuadro: buen conductor -Cubierta: mal conductor
Se sometió a los materiales al calor de una llama para medir como conducen el calor. Si no prende ni se derrite es buen conductor, de lo contrario, mal conductor.
Ópticas: -Cuadro: opaco, ya que no deja ver del otro lado, de color brilloso, superficie lisa. - Cubierta: de color negro, opaca, presenta relieves.
Con ayuda de una lupa se observo detenidamente cada material para medir estas propiedades.
Magnéticas: -Cuadro: posee -Cubierta: no posee
Las propiedades magnéticas se midieron a través de un imán. Si el imán se magnetiza al material este posee propiedades magnéticas.
Estado de agregación: -Cuadro: sólido -Cubierta: sólido
Solo con tocar el material, nos damos cuenta si es sólido o líquido.
Propiedades Mecánicas
Dureza: -Cuadro: Alta -Cubierta: Media
Fragilidad: -Cuadro: Baja -Cubierta: Baja
Ductibilidad: -Cuadro: Baja -Cubierta: Baja
Resistencia: -Cuadro: Muy Alta -Cubierta: Media
Maleabilidad: -Cuadro: Media -Cubierta: Media
Memoria: -Cuadro: Muy baja -Cubierta: Muy Alta
Plasticidad: -Cuadro: Media -Cubierta: Baja
Elasticidad: -Cuadro: Muy Baja -Cubierta: Muy Alta
Resiliencia: -Cuadro: Baja -Cubierta: Alta
Fatiga: -Cuadro: Muya Alta -Cubierta:Media
Tenacidad: -Cuadro: Muy Alta -Cubierta: Baja
Todas las propiedades mecánicas se midieron sometiendo a los materiales a golpes de un martillo, intentando doblarlos con las manos, con pinzas, clavándole chinches, presionándolos.
Propiedades Químicas
Adhesividad: Cuadro: Baja Cubierta: Alta
Corrosión: Cuadro: Baja Cubierta: Media
Polimerización: Cuadro: No Cubierta: Si
Combustión: Cuadro: Muy Baja Cubierta: Media - Alta
Desgaste: Cuadro: Bajo Cubierta: Medio
Para medir las propiedades químicas, se utilizaron solventes, sustancias alcalinas, sustancias ácidas, adhesivos, tinturas.
Propiedades Organolépticas
Sensoriales, Biocompatibilidad, Rememoriabilidad, Anatómicas.
Cuadro: su textura es suave, el dedo se desliza fácilmente sobre la superficie. Con ayuda de la lupa se divisan pequeños poros, presenta un brillo tenue. Si se lo manipula no es pesado por tratarse de aleaciones metálicas. No es toxico.
Cubierta: su textura es blanda, presenta relieves e irregularidades. Es opaca y de color negro, muy elástica. No es toxico.
CONCLUSION QUIMICA
Todos los factores analizados y los temas abordados en el área de química, nos permiten saber y conocer frente a que tipo de producto estamos parados. Al conocer sus propiedades nos damos cuenta de porque se utilizaron estos materiales y no otros.
MATEMATICAS
ESTADISTICAS DE MEDIDAS
Este tipo de bicicletas de BMX, debido a que están diseñadas para competiciones, eventos deportivos y son usadas por profesionales, las medidas de los cuadros varían según la comodidad del rider o piloto. De esta manera a través de la estadística, podríamos tomar muestras de una población específica, en este caso las variables son cuantitativas. Luego armar una tabla con los datos recopilados y así determinar el rango, el número de riders encuestados, la moda (valor que más se repite), la mediana (valor que se sitúa justamente en el centro de la muestra). De esta manera nos aseguramos de conocer cual es la medida mas utilizada y elegida por los riders.
ERRORES Y TOLERANCIAS
Radio de la rueda: Altura de la rueda:
20 cm. 3,5 cm.
20,1 cm. 3,6 cm.
19,9 cm. 3,4 cm.
Error del radio: Tolerancia del radio:
20+20,1+19,9 = 20 20 - 20 = 0
3 20,1 - 20 = 0,1
19,9 - 20 = -0,1
0+0,1-0,1 = 0
3
Error de la altura: Tolerancia de la altura:
3,5+3.6+3,4 = 3,5 3,5 - 3,5 = 0
3 3,6 - 3,5 = 0,1
3,4 - 3,5 = -0,1
0+0,1-0,1 = 0
3
CALCULOS PER, SUP, VOL.
P circulo = 2π . r
2 π . 20cm.
125,6cm
A circulo = π . r2
Π . 400cm2
1.256,6cm2
AL rueda = 2π . r . h
2π . 20cm . 3,5cm
439,8cm2
AT rueda = AL + 2π . r2
439,8cm2 + 2.513,3cm2
2.953,1cm2
V rueda = π . r2 . h
1.256,6cm2 . 3,5cm
4.398,1cm3
CONCLUSION MATEMATICA
Los cálculos realizados, los resultados obtenidos, y la información que nos brinda la estadística de las medidas, caemos en la cuenta de que las medidas son cuidadosamente seleccionadas, para dar una mayor comodidad al producto, según la manera o el modo en el que se lo va a utilizar. Hay proporciones entre las partes de la bicicleta y las medidas del cuerpo humano.
FISICA
DENSIDAD Y PESO
Suponiendo que la masa de la rueda es 1,5kg, su densidad será:
Densidad = 1,5kg
4.398,1cm3
Densidad = 0,00034kg/cm3
Como ya aclaramos anteriormente, no trabajo sobre el total del producto por la cantidad y variedad de piezas, por lo tanto no se obtuvo un volumen total del producto.
Si contáramos con la masa total y el volumen total del producto, para averiguar la densidad procederíamos de la misma manera que con la rueda utilizando la formula
Densidad = Masa
Volumen
CALOR Y DILATACION
La cubierta de la bicicleta al estar todo el tiempo en contacto con el terreno sobre el cual nos deslizamos, absorbe calor, pero al ser un elastómero no conduce dicho calor, ya que se caracterizan por ser buenos aislantes y malos conductores. Al absorber este calor la cubierta se dilata.
No contamos con los datos para realizar los cálculos, pero se puede averiguar la cantidad de calor de la cubierta a través de la formula de cantidad de calor
Q = m x c x At
También con los datos correspondientes podríamos averiguar cuanto se dilata la cubierta, ya que se trata de un volumen, usamos la formula para dilatación volumétrica.
Av = Vi . 3α . AT
CONCLUSION FISICA
Los temas abarcados en física, nos dan la pauta de que los materiales elegidos para este tipo de bicicletas poseen una densidad y un peso bajo por el tipo de deporte para el cual se utiliza, ya que requiere de saltos y piruetas.
PROBLEMATICAS DETECTADAS Y POSIBLES SOLUCIONES
No se encontró ningún tipo de problemática en este tipo de bicicletas, lo único que cambiaria es que a pesar de haber variedad en la medidas de los cuadros siempre va a haber alguien que le quede mas cómodo que otro. Ya que hablamos de que este tipo de bicis están diseñadas para profesionales, haría cada bici a medida del consumidor.
CONCLUSIONES GENERALES
Puedo concluir en que la elección de los materiales es casi perfecta, se trata de una aleación nueva en el mercado y en el ambiente del ciclismo que le proporciona a la bicicleta el peso mínimo para poder realizar los saltos y trucos con la mayor amplitud posible y la menor fuerza, mientras que a la vez le da una dureza impresionante para que no sufra ninguna alteración la bicicleta en las caídas bruscas y aterrizajes. También este tipo de aleación no se desgasta con facilidad y es prácticamente inmune a la acción de la corrosión.
Con todos los datos recopilados durante el trabajo, tenemos una idea de los pasos que debemos realizar a la hora de elegir un material para diseñar un producto.
Silva Facundo Nicolás Elementos FMQ I
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