Se diseñó y construyó una mesa vibratoria para imitar las magnitudes de los terremotos para ayudar a los estudiantes de la escuela secundaria Zane a comprender mejor la actividad sísmica y permitirles probar sus propias estructuras de construcción.
Contenido
Fondo
La escuela secundaria Zane es una escuela STEAM (ciencia, tecnología, ingeniería, artes y matemáticas) que cree que el aprendizaje práctico es muy importante para el éxito de los estudiantes. Durante varios años, 215 estudiantes de Ingeniería de Cal Poly Humboldt se han asociado con el cuerpo docente de Zane para ayudarlos a lograr este objetivo. En la primavera de 2017, nuestro equipo enfrentó el desafío de construir una mesa vibratoria que demostrara las sacudidas de un terremoto. Nuestro diseño Shake Table permite específicamente a los estudiantes de séptimo grado aprender sobre la actividad sísmica en la corteza terrestre durante un terremoto y, al mismo tiempo, les brinda una manera de ser creativos y probar sus propios diseños de edificios.
Planteamiento del problema (objetivo) y criterios.
El objetivo de nuestro diseño fue hacer el diseño de mesa vibratoria más realista posible y satisfacer las necesidades de nuestro cliente, Zane Middle School. Nuestro cliente expresó su deseo de ilustrar los efectos de la licuefacción de la tierra durante un terremoto y cómo la tierra sufre un movimiento ondulatorio en esos momentos. La mayoría de las mesas vibratorias estándar no expresan este movimiento, por lo que éste fue uno de nuestros desafíos. Aparte de eso, nuestra principal preocupación era garantizar que el dispositivo fuera seguro ya que los niños interactuarían con él muy cerca.
A continuación se muestra una tabla de nuestros criterios y valores ponderados de importancia que nuestro equipo y cliente acordaron:
| Criterios | Restricción | Peso |
|---|---|---|
| Seguridad | Seguro para ser utilizado tanto por profesores como por estudiantes. También seguro para cualquier transeúnte. | 10 |
| Robustez | La mesa se mantiene estable durante el uso y la agitación. | 9 |
| Costo | Menos o igual a $300 ($100 de Zane Middle School, $50 de cada miembro del grupo) | 9 |
| Niveles de agitación | Al menos 3 niveles de batido diferentes. | 8 |
| Portabilidad | Capaz de moverse o almacenarse (portátil o plegable). Se puede llevar fácilmente a otras aulas. | 8 |
| Facilidad de uso | Capaz de ser utilizado tanto por los estudiantes como por el maestro sin confusión ni daño. | 8 |
| Valor educativo | Capaz de enseñar a los estudiantes sobre los efectos de los terremotos con solo usarlo. | 7 |
| Durabilidad | Mantener el uso durante muchos años. | 7 |
| Consistencia | Mismo batido cada vez que lo usó. | 6 |
| Estética | Estéticamente agradable. | 5 |
Descripción del proyecto final
Este diseño cumple con los criterios y utiliza el diseño Flex Board combinado con el mecanismo de potencia del Drill Sergeant para lograr un nivel de vibración eficiente que prueba de manera segura las estructuras construidas por los estudiantes de la escuela secundaria Zane. La mayoría de los materiales se obtuvieron de tiendas locales o se donaron para reducir costos.
Esta mesa vibratoria utiliza un taladro para girar un eje, que traduce el movimiento a lo largo de un eje de metal para sacudir la superficie de la mesa. La parte superior de la mesa se compone de siete listones de madera, cada uno de 21 pulgadas de largo y tres pulgadas de ancho, que se mantienen unidos mediante tubos de plástico y epoxi con pequeños resortes de compresión entre cada listón. Las estructuras construidas por los estudiantes se sujetarán a la parte superior de la mesa vibratoria mediante correas que están conectadas a algunos de los listones. La parte superior de la mesa está sostenida por un total de ocho resortes de compresión que están conectados a cinco de los siete listones de madera, tres de los listones tendrán dos resortes conectados a ellos, pero dos de los listones solo tendrán un resorte. Los resortes de compresión que sostienen la mesa se mantienen en su lugar mediante una combinación de epoxi, colocando el extremo del resorte en la tabla un cuarto de pulgada y también comprimiendo los resortes un cuarto de pulgada usando un alambre sujeto con casquillos de aluminio.
La mesa vibratoria está montada sobre un carro de metal que mide casi cuatro pies de alto, dos pies de largo y tres pies de ancho. El carro rueda sobre dos ruedas regulares y dos con bloqueo para evitar el movimiento durante la prueba, pero también proporciona una salida para alimentar el taladro con cable que sacude la superficie de la mesa. El carrito es lo suficientemente grande como para permitir a los estudiantes ver cómo se prueban las estructuras y tiene estantes debajo de la mesa vibratoria para permitir más espacio de almacenamiento.
Costos
Los costos incluidos en este proyecto se muestran a continuación. Muchos de los materiales fueron comprados y otros donados.
| Cantidad | Material | Fuente | Costo ($) | Total ($) |
|---|---|---|---|---|
| 2 | 1"x4"x8" Tableros de madera | Hardware as | 8,99 | 17,98 |
| 8 pies. | Tubo de vinilo | Hardware as | .23 | 1,84 |
| 1 | Pintura en aerosol roja | Hardware as | 4,99 | 4,99 |
| 6 | Resortes de compresión | Ace Hardware, Arcata | 3.29 | 19,74 |
| 2 | Resortes de compresión | Hardware Ace, Sunny Brae | 3.49 | 6,98 |
| 1 | Barra de acero | El patio del molino | 3.49 | 3.49 |
| 12 | Casquillos de aluminio | Ace Hardware, Arcata | .80 | 9.60 |
| 2 | Casquillos de aluminio | Hardware Ace, Sunny Brae | .99 | 1,98 |
| 12 | Mini resortes | Ace Hardware, Eureka | .75 | 9.00 |
| 1 | Epoxy | Ace Hardware, Eureka | 4,99 | 4,99 |
| 1 | Cubo del eje | Chatarra y salvamento de Arcata | 5.00 | 5.00 |
| 1 | Perforar | Centro de construcción Pierson | 50.00 | 50.00 |
| 1 | Tablero base | El patio del molino | Donado | 0.00 |
| 6 pies | Cable de alambre trenzado | La tienda de Marty | Donado | 0.00 |
| 1 | Carro | Escuela secundaria Zane | Donado | 0.00 |
| La ayuda de Collin y Marty: taladrar, aserrar | La tienda de Marty | No tiene precio | 0.00 | |
| 12 | Tornillos para madera | La tienda de Marty | Donado | 0.00 |
| 1 | Tornillo | La tienda de Marty | Donado | 0.00 |
| 4 | radios | Chatarra y salvamento de Arcata | Donado | 0.00 |
| 2 | Tirantes de esquina metálicos | La tienda de Marty | Donado | 0.00 |
| 2 | Casquillos de aluminio | La tienda de Marty | Donado | 0.00 |
| Coste total | $135.59 | |||
Resultados de las pruebas
Al probar la mesa vibratoria por primera vez, se demostró que el método de la placa flexible funcionaba y creaba el movimiento ondulatorio que se teorizó originalmente, pero todavía había algunos problemas que debían solucionarse. Estos problemas incluyeron que el tubo de vinilo que salía de los listones de madera de los extremos y el tornillo que conectaba la barra de acero al sistema de levas se atascaba y detenía el movimiento. Estas complicaciones menores se solucionaron pasando los radios sobrantes del cubo del eje a través del tubo de vinilo para mantenerlos en su lugar. El tornillo de bloqueo se fijó agregando un bloqueador de roscas al extremo del tornillo para evitar que se apretara demasiado en la barra de acero.
Cómo construir
Taladre bolsillos del mismo tamaño que los resortes más grandes en los tableros de la mesa y en el tablero de la base. Dos en cada uno de los tableros de los extremos, dos en el tablero del medio y uno en el medio del tablero circundante. Consulte la ilustración de AutoCAD anterior.
Obtenga el cubo del eje de una rueda delantera de una bicicleta, retire los radios y selle el eje en un bloque de madera con epoxi. Coloque un sistema de leva (meneo) en un extremo del eje. Conecte una barra de acero al sistema de levas. Luego apriete el taladro al otro extremo del eje.
