2023_Tesis_Estevez_Numa

•

Artes

Jhonatan Rivera

22/1/2024

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Ingeniería Mecánica

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CREACIÓN DE UNA PRÁCTICA INTERACTIVA UTILIZANDO UN AMBIENTE
VIRTUAL PARA EL CURSO ELECTIVO DE INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA
AUTOMOTRIZ

AUTORES:
DANIEL EDUARDO ESTEVEZ CÁRDENAS
JOSE FERNANDO NUMA QUINTERO

DIRECTOR:
M.Sc. SERGIO ANDRES ARDILA GOMEZ

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BUCARAMANGA
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA MECATRÓNICA
BUCARAMANGA
2023
CREACIÓN DE UNA PRÁCTICA INTERACTIVA UTILIZANDO UN AMBIENTE
VIRTUAL PARA EL CURSO ELECTIVO DE INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA
AUTOMOTRIZ

AUTORES:
DANIEL EDUARDO ESTEVEZ CÁRDENAS
JOSE FERNANDO NUMA QUINTERO

PROYECTO DE GRADO COMO REQUISITO PARA OPTAR AL TÍTULO DE
INGENIERO MECATRÓNICO

DIRECTOR:
M.Sc. SERGIO ANDRES ARDILA GOMEZ

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BUCARAMANGA
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA MECATRÓNICA
BUCARAMANGA
2023
3

DEDICATORIA

“Dedico este proyecto a mi Mamá cuyo amor incondicional, su presencia
constante, apoyo y sacrificio han sido el pilar que ha sostenido mi trayectoria
académica. Tu guía y aliento han sido mi mayor inspiración en cada paso del
camino hacia el éxito.

A mi Papá porque su presencia constante, sabiduría y ejemplo de tenacidad han
sido fundamentales en mi desarrollo académico. Agradezco tu inquebrantable
apoyo y confianza en mis capacidades, los cuales han sido motores que me han
impulsado a alcanzar mis metas.

A mi Abuela cuya sabiduría y amor incondicional han dejado una huella imborrable
en mi vida. Tu aliento constante, palabras de sabiduría y presencia cariñosa han
sido una fuente de inspiración y fortaleza en mi camino académico.”

José Fernando Numa Quintero

“Quisiera dedicar este proyecto a mi familia que estuvo presente a lo largo de todo
este proyecto educativo apoyándome e impulsándome con su amor inmenso y
confianza.

A Dios por ser mi guía, por las bendiciones y favores que me brindo, que fueron
esenciales para llegar a este momento.

A los docentes y compañeros que fueron parte de todo mi paso por la institución
educativa, quienes en algún momento me enseñaron y aconsejaron para llegar a
convertirme en un buen estudiante y futuro profesional.

Por último, dedico este proyecto a una persona muy especial quien me ha
motivado y ayudado demasiado en este último semestre, por quien he podido
convertir en un mejor ser, no solo en lo académico sino en lo personal.

Todo esto se los debo a ustedes.”

Daniel Eduardo Estevez Cárdenas

AGRADECIMIENTOS

Con gran emoción y satisfacción, me dirijo a ustedes en este momento crucial de
mi trayectoria académica para expresar mi más profundo agradecimiento a todas
aquellas personas y entidades que han sido pilares fundamentales en el desarrollo
y culminación de mi proyecto de grado.

En primer lugar, quisiera dedicar un especial reconocimiento a mis padres y
abuela, cuyo amor incondicional, apoyo constante y sacrificio incansable han sido
la base sobre la cual he construido mis logros. Su inquebrantable fe en mis
capacidades y su constante estímulo han sido el motor que me ha impulsado a
superar cada obstáculo en este camino, agradezco infinitamente su confianza en
mí y su inagotable dedicación, sin la cual este proyecto no hubiera sido posible.

Asimismo, no puedo dejar de expresar mi profundo agradecimiento a Dios, quien
en su infinita bondad y misericordia me ha otorgado la fuerza y la fortaleza
necesaria para enfrentar cada desafío y superar cada obstáculo. Su guía divina ha
estado presente en cada paso de este viaje, y le dedico mi proyecto de grado
como un humilde tributo a su amor y su gracia.

Finalmente, deseo agradecer a todos los profesores, mentores y amigos que me
han brindado su apoyo y orientación a lo largo de este proceso. Sus
conocimientos, consejos y críticas constructivas han sido invaluables en la
conformación de este trabajo. A cada uno de ustedes, les debo mi más sincero
agradecimiento por su tiempo, paciencia y dedicación.

Con gratitud,
José Fernando Numa Quintero

En este documento se encuentra todo el trabajo realizado para el desarrollo del
proyecto de grado, pero no solo eso, está plasmado todo el conocimiento
adquirido y experiencias vividas en la institución educativa que han hecho posible
el llegar hasta acá.

La culminación de este proyecto y de mis estudios ha sido logrado no solo a mis
esfuerzos, sino también al de todas esas personas que me acompañaron en todo
este trayecto, primeramente, quiero agradecer a mi familia, a mis padres, a mis
abuelos y a mis tíos por brindarme la oportunidad de estudiar, apoyarme en salir
adelante en la carrera, no solo de manera económica sino también motivándome a
esforzarme por completo y ayudándome a seguir en las dificultades, siendo mi
pilar y respaldo.

En segundo lugar, gradezco a Dios por brindarme la sabiduría, fortaleza, y guía
para llevar a cabo cada uno de los pasos dados y poderme desempeñar de la
mejor forma en cada una de las etapas de mi educación.

De igual manera quiero agradecer a todos los docentes, directivos y personal de la
UNAB que se encontraron involucrados en mi paso por la institución, que me
brindaron su conocimiento y consejos a lo largo de todo proceso educativo, y que
gracias a ellos me podré convertir en un profesional de alta calidad.

Por último, pero no menos importante quiero agradecer a todos los compañeros y
amigos que me acompañaron a lo largo de mi estudio universitario, que de una
forma u otra hacen parte de este logro, y en especial quiero agradecer a una
persona cuya presencia, ayuda y apoyo en este último semestre de mi vida ha
sido de vital importancia, gracias a ella he podido conocer un nivel increíble de
felicidad y se ha convertido en parte esencial de mi motivación hoy en día, gracias.

Con inmensa gratitud a todos,
Daniel Eduardo Estevez Cárdenas.

CONTENIDO

Pág.
1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 13
2. OBJETIVOS ............................................................................................................. 14
2.1 OBJETIVO GENERAL ........................................................................................... 14
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................. 14
3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................... 15
3.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA .............................................................................. 15
3.2 JUSTIFICACIÓN .................................................................................................... 15
3.3 Estado del Arte ....................................................................................................... 16
4. MARCO TEÓRICO ...................................................................................................... 20
4.1 Realidad Virtual ...................................................................................................... 20
4.2 Sistemas de un Automóvil ...................................................................................... 21
4.2.1 Sistemas de Dirección ..................................................................................... 21
4.2.2 Sistemas de Frenos ......................................................................................... 22
4.2.3 Sistemas de Suspensión.................................................................................. 24
4.2.4 Sistema Eléctrico/Electrónico ...........................................................................33
4.2.5 Sistema De Inyección ...................................................................................... 34
4.2.6 Sistema De Refrigeración ................................................................................ 36
4.2.7 Sistema De Lubricación ................................................................................... 38
5.1 MATERIALES ........................................................................................................ 40
5.2 METODOLOGÍA..................................................................................................... 42
6 DESARROLLO DEL PROYECTO................................................................................. 44
6.0.1 Proceso de Modelado de una pieza que conforma la suspensión ....................... 46
6.0.2 Conexión entre Oculus y el PC del trabajo .......................................................... 55
6.0.3 Exportación de proyectos desde Unity a Oculus.................................................. 57
6.0.4 Creación del ambiente virtual .............................................................................. 59
6.0.5 Metodología de creación de la práctica ............................................................... 77
6.1 ANÁLISIS DEL DESARROLLO DEL PROYECTO ................................................. 80
6.1.1 Pruebas de validación y funcionamiento ............................................................. 80
6.2 CRONOGRAMA ..................................................................................................... 84
7

CONCLUSIÓN ................................................................................................................. 87
TRABAJO FUTURO ........................................................................................................ 89
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 90
ANEXOS ......................................................................................................................... 94

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Tabla de Selección - Sistema Principal .............................................................. 44
Tabla 2. Tabla de Selección - Software de Modelado 3D ................................................. 45
Tabla 3. Relación Tiempo/Calificación Modo Evaluación ................................................. 78
Tabla 4. Datos Pruebas Preliminares Aplicativo .............................................................. 79
Tabla 5. Cronograma Primer Semestre Desarrollo Proyecto ........................................... 84
Tabla 6. Cronograma Segundo Semestre Desarrollo Proyecto ........................................ 86

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Uso de la Realidad Virtual en las diferentes fases del sector automotriz........... 17
Figura 2. Overall module of vehicle engineering VR teaching system design ................... 18
Figura 3. Sistema de Dirección ........................................................................................ 21
Figura 4. Partes del Sistema de Frenos ........................................................................... 23
Figura 5. Suspensión MacPherson .................................................................................. 24
Figura 6. Suspensión Doble Trapecio .............................................................................. 25
Figura 7. Brazos de Control Toyota ................................................................................. 26
Figura 8. Brazos de Control ............................................................................................. 26
Figura 9. Mangueta de Dirección ..................................................................................... 28
Figura 10. Buje ................................................................................................................ 29
Figura 11. Partes del Amortiguador ................................................................................. 30
Figura 12. Rotula de Suspensión ..................................................................................... 31
Figura 13. Barra y Tornillos Estabilizadores ..................................................................... 33
Figura 14. Sistema Eléctrico ............................................................................................ 33
Figura 15. Sistema de Inyección ...................................................................................... 35
Figura 16. Sistema de Refrigeración ................................................................................ 36
Figura 17. Sistema de Lubricación ................................................................................... 38
Figura 18. Metodología del Proyecto .............................................................................. 42
Figura 19. Flujo de trabajo modelado 3D. ........................................................................ 46
Figura 20. Imagen de Referencia para modelado Upper Arm .......................................... 47
Figura 21. Imagen de Referencia Detallado ..................................................................... 47
Figura 22. Pieza Upper Arm Low Poly ............................................................................. 48
Figura 23. Pieza Upper Arm Low Poly - Vista Polígonos .................................................. 48
Figura 24. Pieza Upper Arm High Poly ............................................................................ 49
Figura 25. Upper Arm 2D ................................................................................................. 49
Figura 26. Textel Density Upper Arm 2D ......................................................................... 50
Figura 27. Pre_ Bake Upper Arm 2D ............................................................................... 51
Figura 28. Parametros Baking Upper Arm ....................................................................... 51
Figura 29. Bakeo Upper Arm ........................................................................................... 51
Figura 30. Material Upper Arm ......................................................................................... 52
Figura 31. Textura soldadura Upper Arm ......................................................................... 53
Figura 32. Capa orificios Upper Arm ................................................................................ 53
Figura 33. Texturizado Bujes Upper Arm ......................................................................... 54
Figura 34. Archivos Upper Arm ........................................................................................ 54
Figura 35. Mapa de metal y Mapa de normales Upper Arm ............................................. 55
Figura 36. Mapa de Color Upper Arm .............................................................................. 55
Figura 37. Oculus Home .................................................................................................. 56
Figura 38. Configuración Software Android...................................................................... 57
Figura 39. Configuración Player Color Space .................................................................. 58
10

Figura 40. Configuración Player Minimun API Level ........................................................ 58
Figura 41. Configuración XR Plug-in Management PC .................................................... 59
Figura 42. Opciones Quality ............................................................................................ 60
Figura 43. Importación Oculus Integration .......................................................................60
Figura 44. Configuración XR Rig ..................................................................................... 61
Figura 45. Función Script XR Interaction Manager ........................................................... 62
Figura 46. Script Comportamiento Disassembly .............................................................. 63
Figura 47. Comportamiento Assembly ............................................................................. 64
Figura 48. XR Grab Interactable – Mordaza ..................................................................... 65
Figura 49. XR Socket Interactor ....................................................................................... 66
Figura 50. Función Script XR Socket Interactor ............................................................... 67
Figura 51. Menú Selección de Modos .............................................................................. 69
Figura 52. UI Navigation Script ........................................................................................ 70
Figura 53. Piezas Modo Estudio ...................................................................................... 71
Figura 54. Información Piezas Modo Estudio ................................................................... 71
Figura 55. Selección Brazo de Control Modo Estudio ...................................................... 72
Figura 56. Script Parts Show ........................................................................................... 72
Figura 57. Modo Práctica ................................................................................................. 73
Figura 58.Secuencia Assembly ........................................................................................ 74
Figura 59. Secuencia Disassembly /Material ................................................................... 74
Figura 60. Modo Evaluación/Instrucciones....................................................................... 75
Figura 61. Script Send Google ......................................................................................... 75
Figura 62. Slider Modo Simulación .................................................................................. 76
Figura 63. Simulation Script ............................................................................................. 76
Figura 64. Metodología Guía de Laboratorio .................................................................... 78
Figura 65. Distribución de Notas ...................................................................................... 80
Figura 66. Implementación - Interacción con el entorno ................................................... 81
Figura 67. Implementación - Interacción con la pantalla de información .......................... 81
Figura 68. Implementación - Vista Externa del Entorno ................................................... 81
Figura 69. Calificación del Contenido del Aplicativo ......................................................... 82
Figura 70. Calificación Facilidad y Efectividad del Aplicativo ........................................... 83
Figura 71.Calificación Recomendación del Aplicativo ...................................................... 83
Figura 72. Buje (Sin Material) - Ambiente Virtual ........................................................... 105
Figura 73. Buje (Con Material) - Ambiente Virtual .......................................................... 105
Figura 74. Mangueta de Dirección Delantera (Sin Material) - Ambiente Virtual .............. 106
Figura 75. Mangueta de Dirección Delantera (Con Material) - Ambiente Virtual ............ 106
Figura 76.Mangueta de Dirección Trasera (Sin Material) - Ambiente Virtual .................. 107
Figura 77.Mangueta de Dirección Trasera (Con Material) - Ambiente Virtual ................. 107
Figura 78.Amortiguador (Sin Material) - Ambiente Virtual .............................................. 108
Figura 79. Amortiguador (Con Material) - Ambiente Virtual ............................................ 108
Figura 80. Muelle (Sin Material) - Ambiente Virtual ........................................................ 109
Figura 81. Muelle (Con Material) - Ambiente Virtual ....................................................... 109
11

Figura 82.Cilindro Hidráulico (Sin Material) - Ambiente Virtual ....................................... 110
Figura 83. Cilindro Hidráulico (Con Material) - Ambiente Virtual .................................... 110
Figura 84. Vista Isométrica Sistema de Suspensión Delantera - Ambiente Virtual ......... 111
Figura 85. Vista Superior Sistema de Suspensión Delantera - Ambiente Virtual ............ 112
Figura 86. Vista a Detalle Sistema de Suspensión Delantera - Ambiente Virtual ........... 112
Figura 87. Vista Isométrica Sistema de Suspensión Trasera - Ambiente Virtual ............ 113
Figura 88. Vista Superior Sistema de Suspensión Trasera - Ambiente Virtual ............... 113
Figura 89. Archivo MaskMap Amortiguador Trasero ...................................................... 114
Figura 90. Archivo Normal Amortiguador Trasero .......................................................... 114
Figura 91. Archivo MaskMap Brazo de Control Inferior Trasero ..................................... 115
Figura 92. Archivo Normal Amortiguador Trasero .......................................................... 115
Figura 93. Archivo BaseMap Muelle Trasero ................................................................. 116
Figura 94. Archivo MaskMap Muelle Trasero ................................................................. 116
Figura 95. Archivo Normal Mangueta ............................................................................. 117
Figura 96. Archivo Normal Buje ..................................................................................... 117
Figura 97. Límites del Escenario .................................................................................... 118

LISTA DE ANEXOS

1. CODIGOS FUNCIONAMIENTO AMBIENTE ............................................................ 94
1.1 Código Comportamiento Ensamblaje ..................................................................... 94
1.2 Código Comportamiento Des Ensamblaje .............................................................. 96
1.3 Código Cambio Transparencia Carrocería ............................................................. 99
1.4 Código Temporizador Modo Evaluación ............................................................... 100
1.5 Código Cambio Transparencia Piezas Modo Estudio ........................................... 101
2. REPRESENTACIÓN DIGITAL SISTEMA DE SUSPENSIÓN ................................. 105
2.1 Buje (Hub) ............................................................................................................ 105
2.2 Mangueta de Dirección (Stering Knuckle) ............................................................ 106
2.3 Amortiguador ........................................................................................................ 108
2.4 Sistema de Suspensión ........................................................................................ 111
3. ARCHIVOS TEXTURIZADO SISTEMA DE SUSPENSIÓN .................................... 114
3.1 Amortiguador Trasero .......................................................................................... 114
3.2 Brazo de Control Inferior Trasero ......................................................................... 115
3.3 Muelle Suspensión Trasera .................................................................................. 116
3.4 Mangueta ............................................................................................................. 117
3.5 Buje ......................................................................................................................117
4. LIMITES ESCENARIO DEL AMBIENTE VIRTUAL ................................................. 118

1. INTRODUCCIÓN

El presente documento de proyecto de grado contiene toda la investigación,
desarrollo e implementación llevada a cabo para la creación de una práctica
interactiva en VR (Virtual Reality). Este proyecto fue realizado con el fin de poder
suplir el componente práctico de la asignatura “Introducción a la Ingeniería
Automotriz”, inexistente hasta el momento, brindando un ambiente virtual con
diversas herramientas al estudiante con el fin de que este pueda estudiar y
comprender la funcionalidad de los subsistemas y piezas que componen el
sistema de suspensión de un automóvil, además de poder interactuar con las
mismas, ensamblando y desensamblando el sistema. Todo el proceso de diseño
fue logrado gracias al uso de los softwares Unity VR y Blender, para la realización
del ambiente y el modelado 3D de las piezas, respectivamente, y, el dispositivo
Oculus, para la inmersión en realidad virtual.
La implementación del proyecto fue realizada con los estudiantes matriculados en
la asignatura en el periodo 202310, permitiéndoles trabajar en las diferentes áreas
del ambiente, estudio, practica, evaluación y simulación, obteniendo feedback de
sus experiencias con el fin de lograr el aplicativo final, un ambiente útil y completo
para el afianzamiento del aprendizaje.

PALABRAS CLAVE: Realidad virtual, Ambiente virtual, Sistema de Suspensión,
Práctica, Ensamblaje, Des ensamblaje.

2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL

Generar una práctica interactiva utilizando un ambiente virtual para el curso
electivo de Introducción a la ingeniería automotriz.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Realizar una investigación a fondo sobre los diferentes sistemas principales
y componentes con los que cuenta un automóvil.
• Seleccionar el sistema principal a trabajar con el fin de establecer los
requerimientos que tendrá la práctica de laboratorio.
• Elaborar los diseños en modelado 3D de los componentes y subsistemas
seleccionados para el estudio.
• Desarrollar un ambiente virtual que simule el comportamiento y
funcionamiento del sistema físico seleccionado que conforman un
automóvil.
• Crear la práctica de laboratorio con su respectiva guía de desarrollo.
• Implementar la práctica para que los estudiantes interactúen y conozcan a
detalle las piezas y sistema que conforman el automóvil validando el
desarrollo del sistema global de realidad virtual.

3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

3.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

A lo largo de la historia la enseñanza de la ingeniería se ha planteado bajo dos
enfoques principales, la instrucción de métodos/conceptos teóricos, y el
afianzamiento/comprobación de este conocimiento adquirido por medio de la
práctica. Dado que el componente práctico es el factor final para la buena
comprensión del estudio, el no poder dar las condiciones para que este se lleve a
cabo de manera correcta y eficaz es una de las grandes problemáticas que
afectan a las futuras generaciones de ingenieros. Para suplir esta necesidad en la
Universidad Autónoma de Bucaramanga, más específicamente, en la asignatura
de introducción a la ingeniería automotriz, se planteó el desarrollo de una práctica
interactiva en un entorno virtual, donde el usuario, en este caso el estudiante,
pueda observar, manipular y ensamblar las piezas que conformar uno de los
sistemas de un automóvil.

3.2 JUSTIFICACIÓN

En el mundo laboral actual es necesario tener un buen rendimiento profesional,
esto debido a que las empresas exigen profesionales que generen eficiencia en
los procesos necesarios para alcanzar los objetivos de la compañía.
Según enuncian Ferreyra en “Determinantes del Desempeño Universitario” 1, el
rendimiento laboral se logra a partir de varios determinantes, en primer lugar, se
encuentra el grado de formación académica, pues es de suma importancia los
conocimientos obtenidos en la universidad, en segundo lugar, pero no menos
importante, se encuentra el desarrollo de competencias tanto técnicas como
transversales, las cuales no solamente se desarrollan en la universidad, sino que
también son potenciadas y/o adquiridas, en el contexto de las prácticas, es por
esta misma razón que el afianzamiento de los conocimientos teóricos por medios
de las prácticas son tan necesarios. Los estudiantes que realizan el curso electivo
de introducción a la ingeniería automotriz basan su aprendizaje en la aplicación de
los conocimientos para diseño, selección, implementación y mantenimiento de las
partes o sistemas automotrices de forma teórica, pero carecen de la parte
práctica/experimental que, de igual manera, es de vital importancia, por tal razón
se propone desarrollar un aplicativo basado en realidad virtual interactiva para
gafas OCULUS VR que incluya 1 de los 7 sistemas principales que componen un
16

automóvil, con la finalidad de realizar una práctica para el acompañamiento en el
aprendizaje de los alumnos que cuente con la característica de ser completamente
inmersiva, donde el estudiante pueda conocer a detalle cada una de las partes
que lo conforman con un ambiente visual e interactivo en el cual se presentará
información digital importante en el contexto de un entorno físico, observando el
funcionamiento, la manipulación, ensamble de las piezas a detalle y simulaciones
acordes a la práctica.

3.3 Estado del Arte

1. An Interactive 3D Virtual Anatomy Puzzle for Learning and Simulation –
Initial Demonstration and Evaluation 2

La versatilidad de la realidad virtual es una de las mejores características con las
que cuenta esta tecnología, el poder implementarla en innumerables áreas de
trabajo y de estudio ha sido la clave de su éxito. Desde hace unos años se han
venido desarrollando aplicativos de enseñanza y capacitación haciendo uso de
esta herramienta, gracias a su poder transportar a lo usuario a un abierte virtual
pero realista, dado la programación y configuración que se puede realizar. Una de
las áreas en las que más ha sobresalido la realidad virtual es la medicina, con
aplicativos como el desarrollado en conjunto por el ‘Kate Gleason College of
Engineering’, el ‘Chester F. Carlson Center of Imaging Science’, y el ‘Rochester
Institute of Technology’, en 2016. Estas instituciones observaron que existía una la
ausencia de herramientas didácticas para la visualización e interpretación de
imágenes clínicas anatómicas en 3D y partiendo de esta problemática decidieron
desarrollar un programa a modo de puzzle interactivo para ser implementado con
la ayuda de los lentes DK2 Oculus Rift. Por medio de este puzzle era posible
estudiar las imágenes clínicas 3D de manera más sencilla y didáctica, mejorando
la interpretación de las estas en gran manera.

La plataforma del entorno virtual se realizó usando el WorldViz Vizard toolkit y los
modelos anatómicos se construyeron a partir de bases de datos de imágenes 3D.

2. Realidad Virtual y su impacto en el sector automotriz 3

En el año 2020 en el blog ‘Viewy’ se realizó una interpretación de datos
relacionados con la implementación de la realidad virtual en el sector automotriz.
Esta industria ha logrado aprovechar al máximo esta tecnología, implementándola
en la mayoría de sus áreas de trabajo, desde el diseño y prototipado de productos,
hasta el entrenamiento de empleados y su uso en los showrooms de sus nuevos
lanzamientos.

Figura 1. Uso de la Realidad Virtual en las diferentes fases del sector automotriz

Fuente: http://www.fortunebusinessinsights.com

Como se logra evidenciar en la gráfica anterior el entrenamiento esel área de
trabajo que más hace uso de la realidad virtual, en gran medida por la disminución
en el riesgo físico de los empleados frente a un entrenamiento físico y al ahorro de
realizar este de manera virtual frente a presencial. La aplicación de la realidad
virtual en la industria automotriz es una línea de investigación que continuara en
crecimiento y desarrollo en los años siguientes.

3. The Application of Virtual Reality in Engineering Education, Soliman, M.;
Pesyridis, A.; Dalaymani-Zad, D.; Gronfula, M.; Kourmpetis, M 4

Al igual que en la Medicina y en la industria automotriz, la educación también se
ha visto beneficiada del uso de la realidad virtual y esto se ha visto reflejado en los
diferentes estudios realizados en esta línea. En el año 2021, los autores de este
articulo decidieron realizar un análisis de varios de estos estudios realizados, con
el fin de determinar los beneficios específicos de la implementación de las
tecnologías VR. Concluyeron que el uso de esta tecnología genera mejoras en la
comprensión de los estudiantes sobre diferentes temáticas, calificaciones más
18

altas, y mejor desempeño general, además de disminución de gastos para la
entidad educativa que aplique este método, dada la posibilidad de trasladar las
actividades físicas de laboratorios a un entorno virtual.

4. The Application of VR Technology in Preschool Education Professional
Teaching 5

En el mismo año en la ‘Jiangxi University of Apllied Science’ se desarrolló un
estudio sobre de los cuales obtuvieron resultados relacionados con las mejores
encontrada en los estudiantes tras la aplicación de la realidad virtual a las aulas de
preescolar en los distintos centros educativos en China. Por medio de la
innovación en los escenarios de enseñanza y la creación de cursos virtuales de
práctica, se determinó que los estudiantes que los lograban comprender con
mayor facilidad el temario de clase, pudiendo, contemporáneamente, desarrollar
sus habilidades prácticas y afianzar el conocimiento.

5. Design of Vehicle Engineeering Teaching System Based on VR Technology
6
De igual manera en el 2021, en la Asian Conference on Artificial Intelligence
(ACAI) la Nanjing University of Science and Technology presento los resultados de
la implementación de la Realidad Virtual en la enseñanza de la Ingeniería
Automotriz realizado por su institución. En el documento presentado con los
estudios y resultados viene descrito el módulo general del curso en VR realizado.

Figura 2. Overall module of vehicle engineering VR teaching system design

Fuente: X. Sun, X. Wang and X. Wang, "Design of Vehicle Engineering Teaching System Based on VR
Technology,"
19

En el anterior esquema se observa que el curso en realidad virtual cuenta con 3
módulos de trabajo, un cuestionario y test, en el cual se mide el nivel de
conocimiento inicial del tema, un módulo de aprendizaje, en el cual los estudiantes
pueden reforzar sus conocimientos, y un módulo interactivo, en la cual estos
mismos afianzaran todo lo aprendido con una práctica. Posterior a la
implementación de este curso se realizó una serie de encuestan a los estudiantes
mediante las cuales es afirmaron que las implementaciones de las tecnologías de
realidad virtual fueron beneficiosas para su aprendizaje, no solo aumentando su
interés, atención y curiosidad en el temario, sino también mejorando su nivel de
concentración. Todo esto en conjunto comprueba la factibilidad del uso de la
tecnología de realidad virtual en la enseñanza.

El futuro de la enseñanza está en saber incentivar y apasionar a los estudiantes
de lo que se enseña, y la realidad virtual es la herramienta que abrirá el camino
para cumplir este objetivo.

4. MARCO TEÓRICO

4.1 Realidad Virtual

EDS Robotics indica que “la Realidad Virtual (RV) describe al conjunto de
tecnologías inmersivas que buscan posicionar al usuario dentro de entornos
virtuales simulados por ordenador. Para que esto se dé a cabo se hace necesario
el uso de dispositivos que hagan posible que los usuarios perciban escenarios en
360° con alta definición.” 7

Con el uso de esta tecnología a nivel industrial, operadores pueden familiarizarse
con entornos de riesgo sin exponerse, médicos pueden practicar procedimientos
complejos, equipo técnico asistir a distancia, etc.

¿Qué tecnología necesitas para hacer posible la RV?

Como se mencionó anteriormente, se hace necesario el uso de ciertos dispositivos
para poder experimentar y desarrollar un entorno de realidad virtual, entre estos
están:
• Gafas/cascos de realidad virtual. (Medio de salida de las imágenes)
• Procesador. (Parte del hardware encargada del procesamiento de los datos
en el dispositivo).
• Sensores de posición (Dispositivos que monitorean la ubicación y
movimientos del usuario)
• Software. (Componente informático encargado de gestionar la ejecución, y
coordinación el sistema en general.

Además de los componentes básicos, esta tecnología puede incluir un número
ilimitado de periféricos opcionales para aumentar el nivel de funcionalidad e
interacción. En un sentido general, esta tecnología no requiere de periféricos
especiales, más de los que pudiera encontrar en un teléfono y un software con la
capacidad de recrear escenarios mas, puede adaptarse lo suficiente como para
cubrir un amplio número de posibilidades. 7

4.2 Sistemas de un Automóvil
4.2.1 Sistemas de Dirección

El sistema de dirección se encarga de transmitir el movimiento del volante
hacia las ruedas, esto realizándolo a través de una serie de componentes que
funcionan de manera coordinada, el propio volante acciona la barra o columna
de dirección, que es el elemento mecánico conectado con la caja de dirección.
La caja de dirección es la que se encarga de transformar el movimiento
rotativo del volante en longitudinal, el método más habitual para esta acción es
la aplicación un sistema de cremallera, un piñón o rueda dentada va acoplado
a una cremallera y, al girar, se transmite el movimiento lineal que permite
ajustar la dirección de las ruedas, de la realización de esta se encargan una
serie de componentes, dentro de los cuales se incluyen bieletas, rótulas y
manguetas. Además de funcionar como medio de conexión estos elementos
absorben parte de las irregularidades de la carretera.
Los coches actuales incluyen sistemas de dirección asistida el cual se encarga
de reducir la fuerza que tenemos que ejercer sobre el volante para accionar la
dirección y, en algunos casos, también de endurecerla o suavizarla a medida
que aceleramos o bajamos la velocidad. Los más habituales son los sistemas
de dirección hidráulico y electrohidráulico, que emplean bombas para
proporcionar líquido de dirección a presión a la caja de dirección. También son
cada vez más populares los eléctricos, que suprimen los componentes
hidráulicos y emplean en su lugar una caja reductora. 8

Figura 3. Sistema de Dirección

Fuente: Características que debe reunir todo sistema de dirección

8 Sistema de dirección del coche - Mantenimiento de coche Madrid
https://www.nitro.pe/mecanico-nitro/caracteristicas-que-deben-reunir-todo-sistema-direccion.html
22

4.2.2 Sistemas de Frenos

El sistema de freno es el que permite reducir la velocidad o detener por
completo el auto cuando está en marcha. Implica un proceso de
transformación, donde la energía mecánica del movimiento se convierte en
calor, generado por la fricción al accionar el pedal de frenos. El
funcionamiento del sistema de frenos se puede dar gracias a la ley de inercia
y el principio de fricción.

La fricción depende de 2 elementos importantes:
• Área de contacto entre cada cuerpo.
• Fuerza que se aplica entre los cuerpos.

En un automóvil, el área de contacto comprendelos elementos que consiguen
que el auto se detenga, refiriéndose al área de contacto, el área entre los
discos y las pastillas, que son los elementos de frenado.
En el caso de los frenos de tambor utilizan bandas y campanas. Otras áreas
de contacto son las llantas y la superficie donde marcha el automóvil.9

Tipos de Frenos

• Frenos de tambor: también conocidos como frenos de campana, están
compuestos por un cilindro que da vuelta con la rueda que le corresponde,
una vez que se acciona el pedal de freno, las pastillas hacen presión sobre el
tambor que se encuentra conectado al eje que permite girar las ruedas,
cuando es presionado el tambor la llanta desacelera y el auto logra frenar.

• Frenos de disco: los frenos de disco son lo más utilizados debido a la eficacia
en el frenado. Su funcionamiento se basa en la fricción que ocurre entre las
pastillas y el disco. El líquido de frenos ejerce presión sobre los pistones
encargados de mover las pinzas que sostienen las pastillas, estas ejercen
roce sobre ambas caras del disco generando fricción, lo que permitirá detener
el auto.

9 Menna. SISTEMA DE FRENOS | Tipos, partes y su funcionamiento completo
23

Partes del Sistema de Frenos

Figura 4. Partes del Sistema de Frenos

Fuente: Menna. Como funciona un sistema de frenos.

• Pedal: Es el elemento que debe presionarse para accionar el sistema de
frenos. La presión que se ejerce sobre el pedal mueve un pistón que está
ubicado en el cilindro principal desencadenando la acción de frenado.

• Líquido de frenos: Es un fluido hidráulico especial que transmite la fuerza que
se ejerce en el pedal hacia los cilindros de la llanta. Se compone
principalmente de derivados del poliglicol.

• Bomba de frenos: Conocida también como cilindro maestro, se encarga de
convertir la fuerza ejercida por el pie en presión hidráulica, que acciona otros
elementos como cilindros y calipers.

• Servofreno: Es un elemento que multiplica el esfuerzo que se hace sobre el
pedal y permite potenciar la acción de frenado.

• Cilindro auxiliar: Es el que se encarga de recibir la fuerza que produce el
líquido de frenos desde la bomba principal y realizar los mecanismos que
hacen presión en las pastillas o bandas sobre los discos o campanas.

• Cáliper: Es el componente que resguarda los pistones y las pastillas. Se
coloca en posición fija y cumple la función de apretar el disco de freno hasta
que se detenga.

• Vaso: Es donde se acumula el líquido de frenos, pues se usa como depósito.

https://como-funciona.co/un-sistema-de-frenos/
24

• Mordaza: Es el elemento metálico de soporte que usa el sistema de frenos de
disco.
• Racor: Es un terminal con rosca de una sola línea de conducción.

• Válvula compensadora: Es la que se encarga de distribuir, hacia las llantas de
atrás, la fuerza que produce el frenado, ya sea aumentando o disminuyendo,
según sea el caso. 9
4.2.3 Sistemas de Suspensión

En un auto con una suspensión independiente cada rueda, usualmente, las
frontales, se fijan por separado a la carrocería del vehículo, permitiéndoles
moverse independientemente de la otra, excepto cuando se encuentran
unidas por una barra antideslizante. Existe un gran número de subtipos para
este tipo de suspensión.

Entre ellas se incluyen:

➢ Suspensión MacPherson
Se trata de la suspensión más usada en la actualidad, en especial por marcas
europeas. Cuenta con un diseño simple pero muy efectivo, ofreciendo
estabilidad, confort y control. Combina un amortiguador y un muelle helicoidal
en una sola unidad, proporcionando un sistema de suspensión más compacto
y ligero, usualmente usado en vehículos de tracción delantera.10

Figura 5. Suspensión MacPherson

Fuente: Mitsubishi Motors. ¿Qué es el sistema de suspensión y cuáles son sus tipos?

10 Motors, M. (2022). ¿Qué es el sistema de suspensión? | Mitsubishi Motors.

https://www.mitsubishi-motors.com.pe/blog/
25

➢ Doble Trapecio

Se le conoce de esta manera porque tiene dos trapecios que conectan con la
rueda. Cada una viene con dos posiciones de montaje, una en la rueda y otra
en el chasis del vehículo. El sistema cuenta con un muelle helicoidal y un
amortiguador.10

Figura 6. Suspensión Doble Trapecio

Fuente: Mitsubishi Motors. ¿Qué es el sistema de suspensión y cuáles son sus tipos?

Partes del Sistema de Suspensión

• Brazos de control (Superior e inferior)
Los brazos de control son los encargados de proporcionar una conexión y un
punto de giro entre la suspensión y el chasis del vehículo, estos, que
comúnmente conectan un muñón de dirección con la carrocería, contienen
juntas esféricas y bujes que funcionan a la par para mantener el recorrido y la
posición correcta de la rueda. También tienen la función adicional de mantener
la alineación dinámica de la rueda, lo cual reduce la transmisión de ruido, así
como de los impactos y la vibración de la carretera, mientras ofrece resistencia
al movimiento de la suspensión no deseado. El diseño de los brazos de
control se realiza teniendo en cuenta que su diseño debe soportar multitud de
fuerzas de carga, como las de aceleración y frenado, las de dar vuelta en una
curva y girar al mismo tiempo, además del peso suspendido de la carrocería
del vehículo.11

11 BRAZOS DE CONTROL (2023) MEVOTECH.
26

Figura 7. Brazos de Control Toyota

Fuente: BRAZOS DE CONTROL

Figura 8. Brazos de Control

Fuente: Brazos de Control

En lo relacionado a su conexión, el extremo más ancho del brazo de control se
conecta al chasis, actuando en su conexión como una bisagra y la parte más
estrecha tiene una rótula, la cual a su vez se conecta al muñón de la dirección
lo que permie que el giro de la rueda se pueda realizar en cualquier dirección.
12

• Mangueta de dirección (Stering Knuckle)
La mangueta de dirección es una pieza que une la suspensión y la dirección
del automóvil y es el elemento que contiene el vástago sobre el que gira la
rueda. Entre las funcionalidades principales que poseen están:

✓ Proporcionar el alojamiento al rodamiento de la rueda, a través del cual
pasa la fuerza que actúa sobre el automóvil, y el alojamiento para el
montaje de la pinza de freno.

12 What is a lower control arm and why is it important? | Nissan Parts Plus
https://arbcolombia.com/productos/suspensiones/brazos-de-control-UCA0004
https://www.mevotech.com/es/products/brazos-de-control
27

✓ Resistir la fuerza de rotación alrededor del eje, desde la superficie de
contacto del neumático, generados por la tracción y frenado, al igual que la
fuerza que provoca la geometría de la suspensión en la superficie de
contacto del neumático.

✓ Soportar los momentos de flexión cuando el automóvil toma una curva
además de las fuerzas que genera el amortiguador y el muelle helicoidal,
que están unidas al varillaje de accionamiento.

✓ Proporciona rigidez a la torsión vertical para transmitir con precisión la
dirección a las ruedas y las reacciones de la dirección. 13
Tipos de Manguetas

Las manguetas pueden ser de muy diversas formas y tamaños en función de
las aplicaciones y tipos de suspensión donde se utilicen. Sin embargo, existen
dos tipos principales, mangueta de cubo o hub y mangueta de vástago. La
primera cuenta con un mecanismo esférico que incluye el propio buje donde
engarza el semieje de la transmisión y la segunda es la mangueta de vástago
o spindle, la cual se identifica cuando contienen un tornillo al que se sujeta un
buje independiente (habitual en ruedas sin función motriz).

El anclaje varía de acuerdo al grado de libertad que se busque. En las
suspensiones de doble triángulo, los vértices de los triángulos superior e
inferior están unidos mediante rótulas para obtener un paralelogramo
deformable. En otros tipos de suspensión como la McPhersonla conexión del
conjunto se hace a través de un brazo tirado y la fijación es sólida para
restringir el movimiento a un solo plano. En otros casos como en la conexión
del trapecio a la mangueta de la suspensión Revoknucle de Ford, se emplea
un cojinete para restringir el movimiento a dos planos. 14

Mangueta trasera

Las manguetas traseras también hacen la función de centros de rueda, que
sirven para conectar el tren de fuerza motriz que acciona las ruedas traseras.
Normalmente los centros de eje trasero contienen un cojinete y una junta
homocinética.
A su vez la mangueta debe dar cabida a todos los puntos de la suspensión
como las rotulas, varillajes de dirección, centro de rueda, rodamiento y
mordazas. 14

13 ¿Qué es la mangueta de un coche? (2021) Renting Finders.
14 Mangueta, Elemento de Suspensión y dirección (2023) Pruebaderuta.com | Más que un blog de automóviles
28

Figura 9. Mangueta de Dirección

Fuente: Mangueta, elemento de suspensión y dirección

• Buje
El buje es la parte de una máquina en la cual se apoya y se facilita el giro de
un eje. Puede ser un elemento simple limitado a la sujeción de un cilindro, o
puede hacer referencia al conjunto de piezas que forman un punto de unión.
En los automóviles, el buje se encuentra ubicado en las suspensiones y se
emplea para portar la rueda permitiendo su movimiento giratorio sobre su
propio eje. En el caso de las ruedas motrices, se encuentran conectados a los
extremos de los semiejes de la transmisión, y en las ruedas no motrices, por lo
general, suelen estar atornillados al brazo de la suspensión.
Los bujes cuentan con formas cilíndricas anulares con el material flexible en el
interior de un tubo exterior y también pueden contar con un tubo en el interior
para evitar el aplastamiento del material flexible.
Estos elementos proporcionan cierta flexibilidad a las partes móviles, pero
manteniendo una cierta dureza, garantizando el control. 15

15 Buje, Hello Auto.

https://www.pruebaderuta.com/mangueta-elemento-de-suspension-y-direccion.php
29

Figura 10. Buje

Fuente: Buje

• Amortiguador
Un amortiguador es aquel componente del automóvil que se encarga de
controlar y absorber los movimientos y convierte la energía cinética en energía
térmica. Estos cuentan con un eje que está fijado al vehículo y dos tubos de
acero, uno en el exterior lleno de aceite y uno en el interior para la compresión
y están situados entre el chasis del vehículo y las ruedas.

Las principales funciones de un amortiguador son controlar las oscilaciones de
la suspensión causadas por las irregularidades en la calzada, ganar
adherencia, mejorar la estabilidad, reducir la distancia de frenado y aumentar
el confort durante la conducción. 16

Tipos de Amortiguadores
- Amortiguador hidráulico.
- Amortiguador hidráulico con válvulas.
- Amortiguador de doble tubo.
- Amortiguador monotubo.
- Amortiguador regulable en dureza.
- Amortiguador regulable en suspensión.
- Amortiguador reológico.
- Amortiguador de frecuencia selectiva.

16 Amortiguador, Hello Auto.
https://helloauto.com/glosario/buje
30

Partes Del Amortiguador
Figura 11. Partes del Amortiguador

Fuente: Partes de un amortiguador

➢ Rodamiento del Amortiguador
Esta parte es lo que permite que el muelle rote durante los movimientos
normales de suspensión y a la vez llega a transmitir al chasis cualquier carga
de suspensión. Los rodamientos son diseñados y desarrollados de formas
especifica teniendo en cuenta la geometría de los soportes, las cargas y la
protección frente al entorno que necesitara el automóvil.
➢ Cilindro Hidráulico
El cilindro hidráulico es el componente encarga de amortiguar las oscilaciones
de los resortes trabajando en base a los principios de la hidráulica. El fluido
que posee el amortiguador se llega a oponer ante las oscilaciones del resorte
cuando es forzado por medio de los orificios en el pistón, mientras más fuerza
registra este fluido por los orificios, más se moverá el pistón.

https://www.autodaewoospark.com/amortiguador-componentes.php
31

➢ Pistón
El pistón es la parte del amortiguador que se mueve cuando el fluido es
forzado por los orificios, comprimiendo o extendiendo el amortiguador en
función de que tanto se necesita mover el resorte para arriba o para abajo.
Este movimiento de compresión o extensión asegura el contacto directo de las
ruedas con el terreno en el que se transita, aumentando el control y la
comodidad. 17
➢ Soporte del Amortiguador
Los soportes de amortiguador son los encargados de sujetar el amortiguador
de la suspensión a la carrocería del vehículo, y ayudar a amortiguar el impacto
entre el mismo y el vehículo reduciendo las vibraciones y el ruido. 18
➢ Resorte/ Muelle
El resorte amortigua los efectos de la irregularidad y los impactos de la
carretera/vía, convirtiéndolos en vibraciones, y a su vez genera un vínculo
entre los componentes individuales de la suspensión, conectando las masas
suspendidas (la carrocería del automóvil, el tren de transmisión) y no
suspendidas en el vehículo (las ruedas y el freno).19
• Rotula de Suspensión
Las rótulas de suspensión son unas piezas mecánicas que se encargan de
permitir el movimiento en todos los ejes de las suspensiones de los coches.
Estos componentes hacen posible la rotación, sobre 3 ejes que son
perpendiculares entre sí, de los brazos que se unen a una articulación. 20

Figura 12. Rotula de Suspensión

Fuente: Rotula de Suspensión

17 Partes del Amortiguador, Partes de cosas.
18 Soportes de Amortiguador de Calidad: Moog, Piezas MOOG
19 Hernández, L. (2018) Cómo trabajan los amortiguadores y resortes de la suspensión, Autocosmos
20 Rótula de Suspensión, Hello Auto
https://helloauto.com/glosario/rótula-de-suspensión
32

❖ Componentes de una rótula de suspensión

Estas piezas mecánicas de los vehículos están formadas por una semiesfera,
que a su vez cuenta con un vástago cónico roscado por uno de sus extremos.
La sección esférica de la rótula de suspensión se encuentra en el interior de
un casquillo, que también tiene forma esférica y que se lubrica mediante una
capa muy fina de material auto lubricante. La parte cónica del vástago está en
el interior de un orificio del brazo de la suspensión, y el casquillo, el cual se
encuentra sujeto mediante unos tornillos a un asiento que tiene la mangueta,
es el encargado de proporcionar protección a la parte esférica.

Algunas de las características que definen una rótula de suspensión son:

➢ La angularidad. (Movimiento total que sufre el perno en el interior de la rótula)
➢ El par de rotación. (Fuerzas necesarias para provocar el giro del perno
alrededor de su propio eje)
➢ El par de abatimiento. (Fuerzas necesarias para mover el perno en toda su
angularidad)
➢ La carga de extracción. (Fuerza necesario para sacar el perno del alojamiento
de la carcasa)
➢ Engranaje de dirección. (Encargado de hacer disminuir la velocidad a la que el
volante de dirección gira para poder reducir la fuerza del accionamiento de la
dirección) 20

• Barra y Tornillos Estabilizadores

La barra estabilizadora de los vehículos tiene una función principal de
mantener las cuatro ruedas de los automóviles en contacto con el suelo. Al
situar más peso sobre las ruedas de la parte exterior de un vehículo que en
las interiores, se produce la inclinación lateral de la carrocería, lo que supone
una pérdida de tracción y de control del coche, para evitar esta situación es
esencial que las cuatro ruedas del vehículo se encuentren en contacto con el
suelo y esto se consigue con una distribución adecuada del peso a lo largo de
todo el vehículo. La barra estabilizadora se instala con esta finalidad, para
conseguir un mejor ajuste de la suspensión y reducir la inclinación dela
carrocería, además este elemento regula la cantidad de fuerza de compresión
de la suspensión entre la rueda externa y la rueda interna, transmitiendo cierta
cantidad entre ellas para evitar el balanceo del vehículo.21

Los "cacahuates" o tornillos estabilizadores son los encargados de fijar la
barra a la suspensión, para ayudarle a mantener la carrocería a la misma
distancia del suelo. Como la barra y los demás componentes de la suspensión

21 Barra Estabilizadora, Hello Auto
33

deben tener movilidad para hacer su trabajo, "los cacahuates" cuentan con
una articulación tipo rótula a cada uno de sus extremos.
Los tornillos estabilizadores apoyan en mantener el control del automóvil y a
nivelarlo en las curvas pronunciadas para evitar volcaduras, también son un
apoyo para mantener las llantas pegadas al piso. 22

Figura 13. Barra y Tornillos Estabilizadores

Fuente: Tornillos Estabilizadores

4.2.4 Sistema Eléctrico/Electrónico

El sistema electrónico de un automóvil es el encargado del encendido del
motor, así como de su control y monitorización, además carga la batería
durante el funcionamiento del motor y suministra la energía necesaria para las
luces, el aire acondicionado, las ventanas y otros elementos. De igual manera
es el encargado de generar el voltaje que produce las chispas en las bujías y
se encarga del control de inyección del combustible al motor.
El sistema electrónico de los vehículos está compuesto de muchos elementos,
pero los más importantes son el alternador y la batería, de los que depende el
buen funcionamiento del resto de componentes

Figura 14. Sistema Eléctrico

Fuente: MotorKote

22 Tornillo Estabilizador "Cacahuate" Trasero Syd, Refaccionaria Mario.
https://refaccionariamario.com/cacahuates/13930-tornillo-estabilizador-derecho-syd-para-chevrolet-optra.html
https://motorkote.com.co/como-funciona-sistema-electrico/
34

A grandes rasgos, el sistema electrónico del vehículo se puede dividir en
varias partes:

• Sistema de generación y almacenamiento. Formado por el alternador, el
regulador de voltaje cuando no está incluido en el alternador, la batería de
acumuladores y el interruptor del alternador.

La corriente se produce cuando el motor está en marcha, mediante una correa
trapezoidal que mueve el generador, el regulador limita la tensión y la
intensidad de la corriente, que llega luego a la batería, donde debe
almacenarse la energía suficiente para arrancar el motor y alimentar los
circuitos necesarios en caso de parada del motor o por estar girando a bajas
revoluciones.

• Sistema de encendido. Su función es producir el encendido de la mezcla de
aire y combustible dentro de los cilindros en los motores de gasolina, porque
es necesario producir una chispa mediante electrodos.

La batería suministra corriente de baja tensión para el funcionamiento general
de luces y accesorios, la bobina transforma esa corriente en una de alta
tensión, el distribuidor la transporta a las bujías y en estas últimas se produce
la chispa para el encendido.

• Motor de arranque. Formado por la batería, el interruptor de arranque, un
conmutador y el motor.23

4.2.5 Sistema De Inyección

El sistema de inyección de combustible es un mecanismo de alimentación de
los motores de combustión interna, en los que el carburador ha sido sustituido
por los inyectores. Actualmente, el sistema de inyección gasolina ha
desterrado por completo el uso del carburador. Y es que la inyección
electrónica permite dosificar el combustible de forma óptima y regular las
diversas fases de funcionamiento.

Partes del Sistema de Inyección de Gasolina

No existe un diseño único de sistema de inyección de gasolina para todos los
automóviles peor entre los componentes principales se pueden distinguir los
siguientes:

23 Autolab. (2018). Cómo funciona el sistema electrónico del carro
35

• Depósito de combustible. Forma parte del sistema de inyección de
combustible y es el lugar donde se almacena.

• Bomba de gasolina. Es uno de los elementos esenciales del sistema de
inyección, pues además de permitir que el motor funcione de forma correcta,
se encarga de abastecerlo constantemente. Utiliza un sistema de rieles y
extrae el líquido del depósito de combustible por succión.

• Tubería de descarga de gasolina. Se trata de cada una de las conexiones con
las que cuenta el sistema para que el combustible llegue a los inyectores.

• Inyectores. Se encargan de pulverizar como aerosoles en el conducto de
admisión el combustible proveniente de la línea de presión. Son como
electroválvulas que pueden abrirse y cerrarse millones de veces sin dejar
escapar combustible.

• Mariposa. Se encarga de controlar el aire que entra al cilindro a través de un
circuito colector de admisión. Está ubicada entre este último y el filtro del aire y
se encarga de controlar la cantidad de aire que se emplea en el proceso de
combustión.

• Centralita para sistemas de inyección electrónica. La ECU o unidad de control
electrónico consiste en una centralita conectada a unos sensores y a unos
actuadores encargados de ejecutar los comandos.

• Válvula canister. Esta válvula de control interrumpe la aspiración de
hidrocarburos a través del motor.

• Filtro canister. El canister contiene carbón activo que retiene los hidrocarburos
evaporados en el depósito de gasolina. Además, su filtro evita la entrada de
partículas de polvo arrastradas por el aire que pasan a través del canister
cuando se establece la unión colectora de entrada con este.

Figura 15. Sistema de Inyección

Fuente: Motores y Sistemas de alimentación
https://sites.google.com/site/motoresysistemasdealimentacion/sistemas-de-inyeccion-1
36

Tipos de Sistema de Inyección de Gasolina

Los tipos de inyección se puede diferenciar de diferentes maneras,
dependiendo del lugar donde se realice la inyección esta se diferencia en
indirecta, donde la inyección de combustible se produce en la bifurcación del
colector de admisión o delante de la válvula de admisión, o de manera directa,
que es cuando la inyección se realiza dentro de la cámara de combustión,
reduciendo el consumo de forma considerable y disminuyendo los gases
contaminantes. De igual manera también se puede diferenciar por la cantidad
de inyectores que realizan la función, inyección mono o multipunto, según el
sistema de control, mecánico, electromagnético y electrónica, y, por último, por
la frecuencia de la inyección, inyección continua e intermitente. 24

4.2.6 Sistema De Refrigeración

El motor de su automóvil funciona mejor a más alta temperatura. Cuando el
motor está frío, los componentes se desgastan fácilmente, emite más
contaminantes y el motor se vuelve menos eficiente. Por lo tanto, una tarea
importante del sistema de refrigeración es permitir que el motor se caliente lo
más rápido posible y luego mantener una temperatura constante. La función
principal de un sistema de refrigeración es garantizar que el motor funcione a
su temperatura de funcionamiento óptima. Si el sistema o cualquier parte de la
misma falla, sobrecalentará el motor, lo que puede provocar varios problemas
graves.

Figura 16. Sistema de Refrigeración

Fuente: MotorKote

24 Sistema de inyección: funciones, tipos, síntomas. (2020)
https://motorkote.com.co/como-funciona-sistema-refrigeracion/
37

Este sistema se encuentra conformado de los siguientes componentes:

• Radiador
El radiador actúa como intercambiador de calor para el motor. Por lo general,
está fabricado en aluminio y tiene muchos tubos de pequeño diámetro con
aletas adheridas a ellos. Intercambia el calor del agua caliente procedente del
motor con el aire ambiente. También tiene un tapón de drenaje, un puerto de
entrada, una tapa sellada y un puerto de salida.

• Bomba de Agua
Cuando el líquidorefrigerante se enfría después de estar en el radiador, la
bomba de agua envía el líquido de regreso al bloque de cilindros, al núcleo del
calentador y a la culata. Finalmente, el líquido ingresa nuevamente al radiador,
donde se enfría de nuevo y comienza nuevamente el ciclo.

• Termostato
Este dispositivo actúa como válvula para el líquido refrigerante y solo permite
que pase a través del radiador cuando se ha superado una determinada
temperatura. El termostato contiene cera de parafina, que se expande a cierta
temperatura. El sistema de refrigeración utiliza un termostato para regular la
temperatura de funcionamiento normal del motor de combustión interna.
Cuando el motor alcanza la temperatura de funcionamiento estándar, se activa
el termostato. Entonces el refrigerante puede entrar al radiador.

• Tapones de congelación
Se trata de un tapón de acero diseñado para sellar las aberturas en el bloque
de cilindros y las culatas creadas durante el proceso de fundición.

• Junta de la tapa / cabezal de distribución
Sella las principales piezas del motor. Evita la mezcla de aceite,
anticongelante y presión del cilindro.

• Tanque de desbordamiento del radiador:
Este es un tanque de plástico que generalmente se instala al lado del radiador
y tiene una entrada conectada al radiador y un orificio de desbordamiento.
Este es el mismo tanque en el que vierte agua antes de conducir.

• Mangueras
Una serie de mangueras de goma conectan el radiador al motor a través del
cual fluye el refrigerante. Estas mangueras también pueden comenzar a tener
fugas después de años de uso.25

4.2.7 Sistema De Lubricación

Este sistema es el que se encarga de distribuir el aceite por todas las partes
móviles del motor con el objetivo de lubricarlas, disminuir su temperatura,
recoger las impurezas y residuos que se generan por el rozamiento de las
piezas. Su función es disminuir el desgaste de las piezas del motor, creando
una película de aceite entre las partes móviles y hacer que el movimiento de
las mismas sea fluido. Todo esto protege y alarga la vida útil de los motores.
Los sistemas de lubricación tienen una serie de componentes, todos y cada
uno son importantes para la correcta aplicación de la lubricación.

Partes del Sistema de Inyección de Gasolina

Figura 17. Sistema de Lubricación

Fuente: Sistemas de Lubricación

Los sistemas de lubricación tienen una serie de componentes, todos y cada
uno son importantes para la correcta aplicación de la lubricación. Entre estos
componentes resaltan

25 Sistema de Refrigeración del Motor: Cómo funciona y componentes principales. (2022, June 13)
https://www.alamy.es/imagenes/sistema-de-lubricación.html?sortBy=relevant
39

• Bomba de aceite; es el componente principal y se encarga de hacer
llegar el aceite a todas las partes donde se requiera.
• Cárter de aceite; en este descansa el aceite cuando el motor está
apagado y desde él, la bomba toma el aceite mediante un colector para
luego distribuirlo.
• Válvula de descarga; se encarga de liberar la presión sobrante en el
sistema de lubricación.
• Filtro de aceite; recoge todas las impurezas y residuos que se
encuentran en el sistema de lubricación, limpian el aceite y protegen al
motor.26

26 Conoce qué es un sistema de lubricación y cuál es su función | Grupo Herres. (2019)
40

5. MATERIALES Y MÉTODOS

5.1 MATERIALES

5.1.1 Unity VR

Unity es lo que se conoce como un game engine o motor de desarrollo. El
término game engine hace referencia a un software el cual tiene una serie de
rutinas de programación que permiten el diseño, la creación y el
funcionamiento de un entorno interactivo/ videojuego.

Dentro de las funcionalidades típicas que tiene un motor de videojuegos, son
las siguientes:

• Motor gráfico para renderizar gráficos 2D y 3D y motor físico que simule las
leyes de la física.
• Animaciones
• Sonidos
• Inteligencia Artificial
• Programación o scripting
• Etc.

Es un software que centraliza todo lo necesario para poder desarrollar
videojuegos siendo una herramienta que permite crear videojuegos para
diversas plataformas (PC, videoconsolas, móviles, etc.), mediante un editor
visual y programación vía scripting, pudiendo conseguir resultados totalmente
profesionales. 27

Según la propia corporación Unity, “Unity VR le permite apuntar a dispositivos de
realidad virtual directamente desde Unity, sin ningún complemento externo en los
proyectos. Proporciona una API base y un conjunto de características con
compatibilidad para varios dispositivos. Ha sido diseñado para proporcionar
compatibilidad para futuros dispositivos y software.” 28

5.1.2 Blender

Blender es una suite de creación 3D gratuita y de código abierto con la cual se
puede crear visualizaciones 3D, así como imágenes fijas, animaciones 3D,
tomas VFX, e incluso edición de videos. Al ser una aplicación multiplataforma,
Blender se ejecuta en sistemas Linux, MacOS, así como en Windows, además

27 Asensio, I. (2020). Qué es Unity y para qué sirve
41

tiene requisitos de memoria y unidad relativamente pequeños en comparación
con otras suites de creación 3D haciendo posible su uso en gran cantidad de
dispositivos.

Su interfaz emplea OpenGL para proporcionar una experiencia consistente en
todo el hardware y plataformas compatibles.

Algunas de las características clave de Blender son:
• Blender es una suite de creación de contenido 3D totalmente integrada que
ofrece una amplia gama de herramientas esenciales, que incluyen Modelado,
Renderizado, Animación & Rigging, Edición de Video, VFX, Composición,
Texturizado y muchos tipos de Simulaciones.
• Es multiplataforma, con una interfaz gráfica de usuario (GUI) OpenGL que es
uniforme en todas las plataformas principales (y personalizable con comandos
de Python).
• Es una arquitectura 3D de alta calidad, permitiendo un flujo de trabajo de
creación rápido y eficiente.29

5.1.3 Oculus

Oculus es un conjunto de lentes de realidad virtual que trabajan con tu
ordenador o dispositivo móvil. La sensación de inmersión dentro del juego es
muy grande, debido a su gran ángulo de visión y sensores que son capaces
de detectar los movimientos de la cabeza del usuario. El equipo es un sistema
de realidad virtual donde el casco es un sistema que funciona como un
monitor y control, el efecto 3D se genera por medio de una pequeña pantalla
OLED, y un sistema de lentes que genera una ilusión casi perfecta.

El campo de visión es de más de 90 grados horizontales y de 110º de visión
diagonal y cuenta con acelerómetros, magnetómetros y giroscopio de 3 ejes.30

29 Introducción— Blender Manual
30 Oculus. (2022). Oculus Developer Center

5.2 METODOLOGÍA

La metodología más optima y seleccionada para el proyecto es la metodología en
cascada, esto debido a su orden secuencial y división en fases, lo que genera que
se adapta de gran manera a los planteamientos del desarrollo del proyecto.

Figura 18. Metodología del Proyecto

Fuente: Autores

Esta, como se logra evidenciar en la figura anterior, está conformado por 4 fases,
fase de investigación, diseño, ejecución y validación, donde cada una se lleva a
cabo finalizada la anterior, de orden secuencial, como se indicó anteriormente.

La primera fase que conforma la metodología es la investigación, como su nombre
indica, esta fase abarca todas las actividades relacionadas con la adquisición de
información necesaria para generar las bases del proyecto y lograr llevar a cabo el
desarrollo del mismo. Conocer el funcionamiento de los diferentes sistemas
automotrices, de que componentes se conforman, además de la forma de manejo
y uso de los diferentessoftwares y dispositivo, son el inicio para llevar a cabo este
proceso.

Como segunda fase se encuentra el diseño, donde se realizarán las actividades
de elaboración de las piezas en el software de modelado 3D, que representarán el
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sistema dentro del entorno virtual, al igual que la creación de la guía de laboratorio
que poseerán los usuarios a la hora de interactuar con el ambiente virtual.

Para la tercera fase, la fase de ejecución, se realizarán todos los procedimientos
de implementación del proyecto, vinculación de los softwares usados entre ellos,
importación de las piezas modeladas y el sistema ya desarrollado en 3D al
ambiente virtual, y programación de las interacciones/ comportamientos de cada
elemento.

La última fase es la fase de validación en la cual se comprobará el correcto
funcionamiento de todo el proyecto, la visualización y manipulación adecuada de
los elementos dentro del entorno virtual, y se realizarán las correcciones
pertinentes de ser necesario.

6 DESARROLLO DEL PROYECTO

Para desarrollar el proyecto se hace necesario establecer los métodos por los
cuales se realizarán la selección de tanto el sistema principal a trabajar, como el
software de modelado 3D en el que se llevara a cabo todo el proceso de
elaboración de las piezas y subsistemas. Este proceso de elección se llevara a
cabo mediante el uso del tablas de selección en las cuales se someterán las
diferentes alternativas, de tanto los sistemas automotrices, como los softwares, a
una serie de criterios (cada uno con diferente peso), calificando cada alternativa,
de 1 (Menor calificación) a 5 (Mayor calificación) según afinidad con los mismos,
por último estas calificaciones se multiplican por el porcentaje de cada criterio y se
suman, la alternativa con mayor calificación resultara seleccionada.

Tabla 1. Tabla de Selección - Sistema Principal

Sistemas
Principales
Criterios
Planos de
Referencia
Nº
Piezas
Complejidad
del
Modelado
Visualidad
del Sistema Total
35% 20% 30% 15%
Sistema de Dirección 4 3 3 5 3,65
Sistema de Frenos 3 4 3 5 3,5
Sistema de Suspensión 5 5 5 5 5
Sistema Eléctrico 2 1 1 1 1,35
Sistema de Inyección 3 2 2 3 2,5
Sistema de
Refrigeración
2 2 2 3 2,15
Sistema de Lubricación 3 2 2 3 2,5

Fuente: Autores

Dentro de los criterios se busca que, existan diversos y claros planos de
referencia, tenga el menor número de piezas posibles, la complejidad en el
modelado de las piezas sea prudente para ahorras tiempos de diseño y creación,
y, por último, que sea un sistema cuyo funcionamiento pueda ser claramente
determinado visualmente.

La calificación de cada criterio fue asignada en base a la extensa investigación
realizada en relación con funcionamiento y composición de los sistemas
principales. Como se observa el sistema ganador resultante fue el sistema de
suspensión con la puntuación máxima.
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Tabla 2. Tabla de Selección - Software de Modelado 3D

Softwares Criterios
Requisitos
del
Sistema
Manejo
Detalle del
modelado/
Tiempo
Compatibilidad
con Unity
Relación
Detalle/Peso Total
10% 10% 15% 50% 15%
SolidWorks 3 5 3 4 2 3,55
AutoCad 5 3 3 5 2 4,05
Inventor 4 4 3 5 2 4,05
Blender 4 3 5 5 5 4,7
Fuente: Autores

En lo que respecta a la selección del software a utilizar para el desarrollo del
proyecto se tomaron en cuenta los siguientes criterios:

➢ Requisitos del Sistema: Este criterio se refiere a los requerimientos mínimos
de sistema que necesitan cada uno con el fin de poder trabajar adecuada y
fluidamente.

➢ Manejo: Hace referencia a que tan “User Friendly” es el software y la
facilidad de uso del mismo.

➢ Detalle del Modelado vs Tiempo: Consideración de la cantidad de tiempo de
trabajo por pieza para obtener un detallado alto, en cada software.

➢ Compatibilidad con Unity Vr: Dado que el ambiente virtual se desarrollará
dentro de Unity Vr, la compatibilidad entre el software de modelado y este,
es de vital importancia para el desarrollo del proyecto.

➢ Relación Detalle/ Peso: Se requiere obtener piezas en las que la relación
entre el detallado y el peso de la misma sea equilibrada, ya que, la fluidez
dentro del ambiente virtual es uno de los principales problemas posibles a
tener en cuenta.

La calificación obtenida para cada criterio fue asignada por los autores en base al
análisis de la información encontrada en relación con los mismos. Tras la suma de
las calificaciones se observa como resultado que el software más adecuado para
el proyecto es “Blender “.

Ya seleccionado el sistema automotriz y el software de modelado 3D, se procede
a la realización del entorno virtual interactivo para lo cual es necesario que el
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diseño de los sólidos se realice con gran precisión y fidelidad a los sistemas
físicos, teniendo en cuenta que de igual forma se debe asegurar la optimización de
los recursos para obtener una buena fluidez del programa relacionado a una
cantidad de polígonos aceptable.
Para que esto sea conseguible se decide llevar a cabo el desarrollo de todo el
proceso de modelado mediante el siguiente flujograma:

Figura 19. Flujo de trabajo modelado 3D.

Fuente: Lizarazo, D; Bautista, J. Desarrollo de un gemelo digital utilizando realidad aumentada para la gestión
en la nube del banco de pruebas de transporte de fluidos y cortes de perforación del Instituto Colombiano del
Petróleo.

6.0.1 Proceso de Modelado de una pieza que conforma la suspensión

Llevar a cabo el modelado de cada una de las piezas del sistema consta de los
mismos pasos, por esta misma razón únicamente es explicado para una de las
piezas, más específicamente el “Upper Arm”, pieza que actúa como apoyo del
amortiguador y el brazo principal.

El modelado de una pieza comienza con la búsqueda de las imágenes de
referencia de la pieza que se realizará. Ya que no se encontraron planos
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concretos de un sistema completo de suspensión, se recurre al método de
observar y modelar.

Figura 20. Imagen de Referencia para modelado Upper Arm

Fuente: Ingeniería Mecánica y Automotriz. Suspension System: Components, Types And Working Principle

Se hicieron uso de variedad de imágenes de referencias entre las que se
encuentran la anterior presentada, para poseer una primera idea de la forma de la
pieza, y la siguiente, para entrar más en detalle de todas sus sub-piezas.

Figura 21. Imagen de Referencia Detallado

Fuente: Ingeniería Mecánica y Automotriz. Suspension System: Components, Types And Working Principle

Teniendo las imágenes de referencia se procede a empezar el modelado en sí en
el software seleccionado, Blender, se cargan las imágenes en el software con el
fin de visualizarlas mejor y poseerlas de guía, luego se procede a definir la pieza
partiendo de la “masa” inicial, y finalmente se obtiene la siguiente pieza, en
formato Low Poly. Cuenta con un total de 966 polígonos.

https://www.ingenieriaymecanicaautomotriz.com/
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Figura 22. Pieza Upper Arm Low Poly

Fuente: Autores

Figura 23. Pieza Upper Arm Low Poly - Vista Polígonos

Fuente: Autores

Luego de obtener la pieza en Low Poly, se exporta el archivo, y se vuelve a
modificar la pieza con el fin de obtener el formato High Poly, en el que se da
mayor detalle a la pieza. Tras este proceso se puede observar una pieza bastante
más realista lográndolo mediante el aumento de la cantidad de polígonos hasta los
6244. Este archivo se exporta de igual manera.

Figura 24. Pieza Upper Arm High Poly

Fuente: Autores

Ya obtenidos los dos archivos, High y Low Poly, se procede a realizar el Uv
unwrapping, proceso en el que se unen los dos archivos para obtener una vista 2D
de la pieza. Es necesario