Este documento describe el diseño de un sistema de abastecimiento de agua a partir de la condensación del vapor de agua del aire atmosférico. Incluye la metodología de cálculo, la determinación de la carga y selección de materiales, el modelado 3D, las condiciones de frontera y parámetros de simulación, y los resultados de las iteraciones del análisis por elementos finitos que muestran que la segunda iteración tiene menores esfuerzos de Von Mises y un factor de seguridad aceptable.

1. FASE N° 3
DISEÑO UN SISTEMA DE
ABASTECIMIENTO DE AGUA A
PARTIR DE LA CONDENSACIÓN
DEL VAPOR DE AGUA DEL AIRE
ATMOSFÉRICO
INTEGRANTES:
• ESPINOZA GOMEZ, FRANK 20147009K
• PALOMINO ASENCIO, VICTOR 20130279J
• CHÁVEZ MEJÍA, BRUNO 20100075G
• MONROY CABALLERO, JOHAN 20132142A
• UTURI ANGELES , GUSTAVO 20132128I
• ASPAJO CHUQUICHANCA, ALVIN 20132541C
• COLLANTES QUISPE, JUAN 20130351B
• FERIA MORENO, EDSON 20102558E

2. DESARROLLO DEL PROYECTO
El procedimiento de calculo y diseño para el proyecto
se encuentra distribuido de la siguiente manera:
1. METODOLOGÍA DE CÁLCULO
2. DETERMINACIÓN DE LA CARGA Y SELECIÓN DEL
MATERIAL
3. MODELAMIENTO 3D DEL BASTIDOR
4. CONDICIONES DE FRONTERA Y PARÁMETROS DE
SIMULACIÓN
5. RESULTADOS 1ra ITERACIÓN
6. RESULTADOS 2da ITERACIÓN
7. CONCLUSIONES

3. 1. METODOLOGÍA DE CÁLCULO
Objetivo: Dimensionar adecuadamente los elementos estructurales del
bastidor de la maquina.
Figura 1: Metodología de calculo por el Método de elemento finitos
• Peso de los elementos de
maquina a soportar
• Factor de Seguridad
• Esfuerzo de Fluencia de
los materiales
• Criterio de Von Mises
• Método FEM 3D
• Criterio de falla de Von
mises
• Autodesk Inventor
Simulation
• Dimensiones de los
elementos estructurales
• Dimensionamiento de
los cordones de
soldadura
INPUT FEA OUTPU
T

4. Procedimiento de Diseño (Diagrama de Flujo)
Figura 2: Diagrame de Flujo
Modelado 3D De la
estructura en Inventor
Autodesk Inventor
Simulation
Redimensionar los
elementos
estructurales
SI
Factor de
Seguridad
FS ≥ 1,5
Fin
NO
1. METODOLOGÍA DE CÁLCULO

5. 2. DETERMINACIÓN DE LA CARGA Y
SELECCIONAMIENTO DEL MATERIAL
Sumatoria de Pesos de los elementos de maquina utilizados.
Figura 3: Esquema 3D de los
elementos de maquina
Los pesos se
determinar
automáticamente a
través de inventor
insertando el
material y la
densidad.
Masa Total = 84,4 kg

6. Se selecciona el material comercial de la
pagina de distribuidor:
Figura 4: Tubos cuadrados
https://www.fiorellarepre.com.pe/TUBO-RECTANGULAR-
LAC/803014
2. DETERMINACIÓN DE LA CARGA Y
SELECCIONAMIENTO DEL MATERIAL
Se seleccionó el perfil cuadrado de 20X20 con
espesor de 2mm de material ASTM A500.
Los valores de esfuerzo servirán como dato de
entrada en el FEA

7. Figura 5: Modelado de la
estructura.
3. MODELAMIENTO 3D DEL BASTIDOR
Se realizo el modelamiento con tubos de perfil cuadrado de 20X20 con espesor de 2mm de material
ASTM A500.
Figura 6: Cordones de soldadura entre
tubos cuadrados.
Figura 7: Cordones de soldadura entre
tubos cuadrados y brida.

8. 3. MODELAMIENTO 3D DEL BASTIDOR
Se realizo el dimensionamiento de los cordones de soldadura.
Figura 10: Dimensiones Cordones de soldadura
entre tubos cuadrados y brida.
Figura 9: Dimensiones Cordones de
soldadura entre tubos cuadrados.

9. Figura 11: Condiciones de
frontera, restricciones
4. CONDICIONES DE FRONTERA Y
PARÁMETROS DE SIMULACIÓN
Restricción
deslizante sobre
el piso
Zona sobre la cual se
aplicará la carga
Las condiciones de frontera se encuentran graficadas en
la figura 11.

10. 4. CONDICIONES DE FRONTERA Y
PARÁMETROS DE SIMULACIÓN
DESCRIPCIÓN VALORES
SOFTWARE FEM AUTODESK INVENTOR PROFESSIONAL 2020
TIPO DE SIMULACIÓN ANÁLISIS ESTÁTICO LINEAL
MATERIAL DEL
CARRIER, PLANET
ACERO ESTRUCUTURAL ASTM A500 (SIMILAR AL ASTM A36)
LIMITE DE FLUENCIA: 39 KSI [269 MPA]
RESISTENCIA A LA TRACCIÓN: 44,9 KSI [310 MPA]
TIPO DE CONTACTO CONTACTO SIN PENETRACIÓN, EN CONTACTO (BONDED), SOLDADO
CONTACTO GLOBAL UNIÓN RÍGIDA
SUJECIONES EN LA ZONA EMBRIDADA, TIPO DESLIZANTE SOBRE EL PISO.
CARGAS CARGAS ACTUANTES: PESO DE LOS ELEMENTOS DE MAQUINA
MALLA
TAMAÑO PROMEDIO DEL ELEMENTO: 0,03
(FRACCIÓN DEL DIÁMETRO DEL MODELO)
TIPO DE ELEMENTO DE MALLA: TETRAÉDRICA
ELEMENTOS DE MALLA CURVADOS
COVERGENCIA DE LA SOLUCIÓN < 1%
TOTAL DE NODOS: 1469521
TOTAL ELEMENTOS: 880027
TIPO DE SOLVER AUTOMATIC
CONVERGENCIA <5%

11. 4. CONDICIONES DE FRONTERA Y
PARÁMETROS DE SIMULACIÓN
Figura 12: Enmallado de la
estructura
Figura 13: Refinamiento del malla en los
cordones de soldadura.
Figura 14: Refinamiento del
malla en los cordones de
soldadura.

12. 5. RESULTADOS DE LA 1era ITERACIÓN
Deformaciones
Esfuerzo de Von Mises Factor de seguridad

13. 6. RESULTADOS DE LA 2da ITERACIÓN
Esfuerzo de Von Mises Factor de seguridad
RESULTADO MÍNIMO MÁXIMO
Esfuerzo de Von Mises 0,0 MPa 9,47 MPa
RESULTADO MÍNIMO MÁXIMO
Factor de Seguridad 15 15

14. 7. CONCLUSIONES
• Los resultados obtenidos del análisis por elementos finitos demuestran que
la estructura de la segunda iteración presenta menor esfuerzo de Von
Mises y un factor de seguridad aceptable, sin embargo la primera iteración
tiene aun mayor esfuerzo de von mises y por lo tanto menor factor de
seguridad.
• Las zonas con mayor concentración de esfuerzos se presentan en las
uniones soldadas en ambas interacciones, por lo que se recomienda
inspeccionar adecuadamente bien el proceso de soldeo antes durante y
luego del proceso de soldadura.
FACTOR DE SEGURIDAD
Esfuerzos deVon
Mises (MPa)
Factor de
Seguridad
1era Iteración ---- ----
2da Iteración 9,47 15