normativida actuador de puerta
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LEÓN
Ingeniería Electrónica
Normatividad
PROYECTO FINAL
“Proceso normativo para actuador de puerta para ambientes inteligentes”
Presenta:
Medina Muñoz Samantha
Con la asesoría de:
M.A. Ruiz Palacio Silvia
Guadalupe.
León, Guanajuato a 23 de Mayo de 2014.
Normatividad | Mayo 2014
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ÍNDICE
Tema Página
1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 3
2. OBJETIVO ................................................................................................................... 4
2.1. Objetivo general ....................................................................................................... 4
2.2. Objetivo específico .................................................................................................. 4
3. ALCANCE DEL PROYECTO ...................................................................................... 5
4. RIESGOS DEL PROYECTO ........................................................................................ 6
5. RECURSOS ................................................................................................................ 8
5.1. Humanos ................................................................................................................... 7
5.2. Materiales ................................................................................................................. 8
5.3. Infraestructura ......................................................................................................... 9
5.4. Financieros ............................................................................................................. 11
6. CONTROL DE CALIDAD .......................................................................................... 14
6.1. Sistema de calidad ................................................................................................ 14
6.2. Normatividad .......................................................................................................... 20
6.2.1. Revisión de las características de los abrepuertas comerciales .................................. 20
6.2.2. Revisión de normas internacionales para este tipo de dispositivos ............................ 20
6.2.3. Especificaciones de la puerta .......................................................................................... 21
6.2.4. Medición del torque necesario para abrir la puerta ....................................................... 21
6.2.5. Diseño y construcción del sistema de abrepuertas ....................................................... 23
6.2.6. Montaje e instalación ........................................................................................................ 29
7. PROYECCIÓN ........................................................................................................... 32
7.1. Mediano plazo (5-10 años) .................................................................................... 32
8. CONCLUSIONES ...................................................................................................... 33
9. BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 34
10. APÉNDICES O ANEXOS .......................................................................................... 35
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1. INTRODUCCIÓN
En México, los abrepuertas automáticos para vivienda son de origen
extranjero, lo cual eleva su costo y dificulta su adquisición, instalación y
mantenimiento, además, sus características de operación no se adaptan a la
forma de vida en este país. Los temas que se involucran en este proyecto varían
en cuanto a las diferentes aéreas de la ingeniería, un tema tratado es la mecánica
esta importante rama de la ingeniería es utilizada para construir un mecanismo
que sea capaz de adaptarse a las condiciones de una puerta en específico; las
puertas como se conocen varían en cuanto la abertura de esta, teniendo este
detalle en consideración la puerta tratada abrirá noventa grados, gracias a los
modernos avances de la tecnología es posible simular un mecanismo mediante
software, la simulación ahorra gastos en cuanto a prueba y error de la
construcción del mecanismo. El siguiente tema es la electrónica; un sistema
electrónico controlara el mecanismo, como mecanismo un motor que controlará la
apertura de la puerta.
Este proyecto está basado en el diseño y elaboración de un mecanismo para
una puerta abatible de una hoja, controlada por medio de un microcontrolador.
Este abrepuertas automático es instalado en la puerta que se encuentra en el Aula
de Inteligencia Artificial de nuestra institución, dada la necesidad de hacer
complemento con el ambiente inteligente que se está desarrollando en el edificio
de Posgrado en donde ya se implementó el actuador de ventana, actuador de
persiana, actuador seguro, entre otros. Dicho proyecto implementa 3 modos de
empleo de la puerta: Automático, Semiautomático y Manual. Cada estado
funcionará de forma transparente, es decir, no habrá una forma de seleccionar
entre un modo u otro, por lo que el usuario podrá abrir o cerrar la puerta como él
desee, independientemente del estado en el que se encuentre el sistema y
utilizando de sensores de proximidad cuidando no lastimar al usuario.
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2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo general
Llevar a cabo el proceso normativo del proyecto “Actuador de puerta para
ambientes inteligentes” respecto todo el desarrollo y control de calidad al controlar
la apertura y cierre de una puerta ya sea parcial o total, tomar como prioridad la
seguridad y satisfacción del cliente final.
Utilizar un micro controlador para el control manual y semiautomático de la
apertura y cierre de una de una puerta en particular; censando distancias con
respecto a personas y obstáculos que se presenten a una cierta distancia
especificada por el diseñador, censando posición de la puerta con respecto a la
apertura de esta para el control en caso de una ausencia de energía eléctrica.
2.2. Objetivos específicos
Realizar una investigación sobre los abrepuertas existentes en el mercado
nacional e internacional, haciendo la respectiva innovación y mejora sobre
el diseño de nuestro sistema.
Realizar un diseño mecánico de fácil instalación y manejo tanto para el
diseñador como para el usuario final.
Diseñar un controlador con el que el abrepuertas opere en modo
automático y modo manual de forma transparente.
Desarrollar un sistema de sensado que brinde seguridad al usuario
mientras haga uso del abrepuertas, así como también protección eléctrica
al sistema.
Identificar todos los recursos necesarios para llevar a cabo el correcto
desarrollo del proyecto
Llevar a cabo el proceso normativo respecto al desarrollo del proyecto.
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3. ALCANCE DEL PROYECTO
El alcance de este proyecto es el diseño y construcción del mecanismo para la
automatización de una puerta, funcionando en distintos modos de operación,
automático, semiautomático y manual. De los cuales, como primera etapa
solamente se desarrollarán dos modos de operación, manual y semiautomático.
El sistema será controlado por medio de un microcontrolador programado en la
plataforma de Arduino, y estará conectado a una botonera para el control
semiautomático de la puerta. Se implementará un sistema de sensores con los
que se determinen la posición de la puerta, para que pueda ser utilizado en modo
manual. Así como también se pretende brindar seguridad al usuario final,
detectando su posición con sensores de proximidad para evitar lastimarlo. Más
adelante se explicara con detalle el funcionamiento del actuador.
El presente proyecto está planeado para cumplir con todos los objetivos en una
plazo no más de un año, más adelante se define todo lo que se logrará a lo largo
del desarrollo del actuador de puerta, se pretende definir a detalle tanto el diseño
así como también los costos de producción para la realización de un sistema
funcional.
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4. RIESGOS DEL PROYECTO
El proyecto implica una puerta en específico, en este punto es importante
resaltar que el proyecto tiene características únicas para mover una puerta
específica. Aunque existen ciertos riesgos que podrían presentarse por mal uso,
mala instalación y/o falta de conocimiento respecto al diseño y manejo de la
puerta, todos estos posibles riesgos se muestran en la Tabla 4.1.
AREA SUBAREA CONCEPTO
Planeación Planeación
Investigación muy superficial
Mala organización del personal
Cálculos incorrectos por mal concepto
Diseño
Mecánico Falla del equipo de computo
Diseño no funcional del mecanismo
De Software Mala lógica de programación
Falla del microcontrolador debido al mal estado
Electrónico
Mala elaboración de la placa impresa
Determinación de los elementos electrónicos
Etapa de potencia del motor
Fuente de alimentación para el sistema
Fabricación e instalación
Mecanismo
Problemas mecánicos por mal montaje y mal diseño
Selección del motor que no cumpla las especificaciones
Poca durabilidad mecánica
Controlador
Mala selección de los elementos primarios
Etapa de potencia que no cumpla las especificaciones
Componentes de precio elevado
Sistema de sensado
Sensores en mal estado
Obstrucción de objetos
Instalación incorrecta, malas conexiones
Alimentación
Sobrecarga que genere corto circuito
Daños al instalador por no usar el equipo necesario
No contar con la protección necesaria ante apagones de electricidad
Uso y manejo Uso y manejo
Mal manejo de la puerta
Forzar la puerta y produzca daños al sistema
Daños al usuario por arrollamiento o aplastamiento
Sobrecarga del motor debido a mal uso
Tabla 4.1. Riesgos del proyecto por áreas específicas.
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5. RECURSOS
5.1. Humanos
En la siguiente tabla (Tabla 5.1.) se muestra las personas involucradas en la
realización de este proyecto así como la función de cada uno.
MIEMBRO ENCARGADO AREA FUNCIONES
Fonseca Ramírez Fernando Área de
Compra/Venta Mercadotecnia
Desarrollo de presentaciones y promoción del proyecto ante inversionistas, congresos y personas interesadas en el proyecto.
Medina Muñoz Samantha Programación Encargado de la revisión de requisitos de la programación del Arduino del sistema del actuador de puerta.
Olvera Cano Luis Javier Diseño Mecánico
Responsable de la realización de diseño y cálculo de los componentes necesarios, así como la distribución de los mismos para su adecuado funcionamiento del mecanismo.
Velázquez Reyes Alejandra Diseño electrónico Responsable del diseño del controlador, la placa impresa y supervisar su correcto funcionamiento e implementación.
Saldaña Navarro Joselin Control de
producción y Mantenimiento
Encargado de llevar el seguimiento y coordinación del proceso de producción del actuador de puerta, que se esté llevando a cabo correctamente. Solucionar las anomalías que se presenten en el proceso.
Alvarado Segura Francisco Control Legal
Responsable de que el proyecto cumpla con la normativa vigente que le compete, así como de vigilar que los sistemas de seguridad garanticen un adecuado funcionamiento.
Ruiz Rivera Oscar Finanzas / Calidad
Manejo de recursos económicos, así como elaboración de presupuestos y elección de materiales que se adecuen al diseño final, para garantizar la calidad de los mismos.
Tabla 5.1. Recursos humanos y función de cada miembro.
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Dentro del desarrollo del proyecto la función de cada miembro es un punto clave
para llevar a cabo exitosamente el producto final, para ello es necesario contar con
el personal adecuado para cumplir todos los objetivos del proyecto.
5.2. Materiales
El desarrollo y diseño del proyecto involucra la fabricación e implementación de los
elementos principales que componen el mecanismo para la automatización de la
puerta.
A continuación, en la Tabla 5.2., se muestran los recursos materiales necesarios
para el desarrollo este proyecto haciendo una clasificación específica de los
elementos según su utilización.
AREA SUBAREA CONCEPTO
Planeación Planeación
Investigación respecto a proyectos similares existentes
Realización de los cálculos necesarios para la selección del motor
Realización de los cálculos necesarios para el diseño mecánico
Determinación de los parámetros del sistema de sensores
Diseño
Mecánico
Equipo de cómputo
Software de diseño asistido por computadora
Conceptualización del diseño
Determinación de los elementos mecánicos
De Software
Arduino Mega 2850
Equipo de cómputo
Plataforma de programación (Arduino)
Electrónico
Software de diseño de PCB para placa impresa
Determinación de los elementos electrónicos
Etapa de potencia del motor
Fuente de alimentación para el sistema
Fabricación
Mecanismo
Piezas varias de aluminio
Tornillos, tuercas, rondanas, etc.
Motor de DC con reductor
Maquila en torno
Controlador
Arduino Mega 2850
Puente H LM298
Resistencias, push buttons, potenciómetros, etc.
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Cajas de proyectos
Cable UTP
Cables para Arduino
Diodos
Sistema de sensado
Clemas
Sensores Ultrasónicos
Switch de caída
Potenciómetro de posición
Alimentación
Transformador
Regulador
Resistencias varias, capacitores, etc.
Puente de diodos
Instalación Montaje
Cable y clavija
Caja metálica
Puerta
Taladro
Tornillos, tuercas, rondanas, etc.
Abrazaderas
Ángulos
Canaleta
Taladro
Brocas de varios calibres
Termofit
Aerosol
Tornillos, tuercas, rondanas, pijas, taquetes, etc. Tabla 5.2. Recursos materiales del proyecto
5.3. Infraestructura
Un aspecto muy importante para el desarrollo de este proyecto, es contar con los
espacios necesarios de trabajo, para que el proceso de producción sea eficiente,
cumpliendo con la normativa vigente, para asegurar al cliente que el producto
contará con los estándares de calidad señalados.
La elección de la localización que será determinada de acuerdo a las necesidades
requeridas de acuerdo al giro de nuestra empresa y en este caso proyecto a
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desarrollar, tomando en cuenta la ubicación esencial de acuerdo a la facilidad de
suministros básicos, paqueterías, posibilidades de ampliación etc.
De acuerdo a las necesidades que se necesitan para llevar a cabo un proyecto de
automatización, seleccionando algunas zonas en la ciudad económicas las cuales
no necesitan ser netamente industrialización ya que es un proyecto que no
requiere las más grandes instalaciones como por ejemplo algún espacio en
polígono industrial localizado a las afueras de la ciudad de león o hasta un lugar
más céntrico, beneficios de hacer este tipo de proyectos. De acuerdo a las
necesidades requeridas para hacer el desarrollo de proyectos como este se
necesita una zona pequeña, no muy extensa en la cual pueda tener un área de
diseño electrónico, otra de diseño mecánico pequeña, entre otras más.
En la Tabla 5.3. se definen las áreas y departamentos con los que contaría la
empresa.
AREA DEPARTAMENTO FUNCION
Oficinas Administrativas
Compra/Venta Marketing
Se encarga de la busca de proveedores para la compra de materia prima, así como también tiene como función convencer al cliente de que nuestro producto es la mejor opción en el mercado.
Control de finanzas En esta área se controlan los costos y gastos de la empresa.
Control Legal Busca que la empresa este al margen, teniendo toda la documentación de la empresa en regla.
Recursos Humanos
Este departamento se encarga de hacer las contrataciones de los empleados, buscando personal capacitado que se adecue con las necesidades de la empresa.
Recepción/mostrador Este departamento se encarga de la atención al cliente y proveedores de nuestra empresa
Almacén Materias primas Es donde se encuentran todos los recursos materiales necesarios para el desarrollo del Actuador de puerta.
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Desarrollo
Diseño
Se encarga de hacer el desarrollo conceptual del producto, realizando mejoras al producto ya existente. Tanto en la parte mecánica como el parte electrónica
Producción y manufactura
Se encarga de llevar a cabo el proceso de fabricación del producto con la maquinaria necesaria para realizarlo, haciendo la integración de todos los elementos fabricados para llegar al producto final
control de calidad
Este departamento es el encargado de verificar y hacer pruebas al producto final para aprobar que funcione correctamente y contenga las especificaciones deseadas.
Mantenimiento Mantenimiento y limpieza
Proporciona servicios de mantenimiento a los equipos de la planta ya sean correctivos o preventivos, así como también se encarga de mantener limpia todas las áreas de trabajo
Tabla 5.3. Desglose de las distintas áreas de trabajo y su función.
5.4. Financieros
En la actualidad muchas de las piezas mecánicas son muy baratas en particular el
aluminio ya que es un metal muy común, si bien el costo de un artefacto de esta
índole es relativamente muy económico, el microcontrolador es un dispositivo muy
económico puesto que los sensores, botones y sistemas que es controlado son
pocos, un micro controlador no muy versátil realiza la tarea necesaria sin sobre
pasar los límites y tiene la capacidad de ser usado en la industria.
Aunque se busca el apoyo de inversionistas para tener un capital con el cual
contar para el desarrollo del proyecto en masa. En la tabla 5.4. se muestra una
cotización del para la fabricación de un prototipo funcional.
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AREA SUBAREA CONCEPTO UNIDAD CANTIDAD P/U PRECIO
Planeación Planeación
Investigación respecto a proyectos similares existentes
horas 5 $70.00 $350.00
Realización de los cálculos necesarios para la selección del motor
horas 2 $70.00 $140.00
Realización de los cálculos necesarios para el diseño mecánico
horas 5 $70.00 $350.00
Determinación de los parámetros del sistema de sensores
horas 2 $70.00 $140.00
Diseño
Mecánico
Software de diseño asistido por computadora
Licencia 1 gratis $0.00
Conceptualización y realización del diseño
horas 6 $160.00 $960.00
Determinación de los elementos mecánicos
horas 2 $70.00 $140.00
Software
Diseño del código del programa del controlador
Horas 20 $160.00 $3,200.00
Plataforma de programación (Arduino)
Licencia 1 gratis $0.00
Electrónico
Software de diseño de PCB para placa impresa
Licencia 1 gratis $0.00
Determinación de los elementos electrónicos
horas 1 $70.00 $70.00
Diseño de la etapa de potencia del motor
horas 2 $160.00 $320.00
Fuente de alimentación para el sistema (CFE)
kW/hr 65 $12.49 $811.85
Fabricación
Mecanismo
Piezas varias de aluminio kg 0.44 $92.10 $40.52
Tornillos, tuercas, rondanas, etc.
pieza 50 $0.40 $20.00
Motor de DC con reductor pieza 1 $120.00 $120.00
Maquila en torno trabajo 1 $150.00 $150.00
Controlador
Arduino Mega 2850 pieza 1 $500.00 $500.00
Puente H LM298 pieza 1 $64.00 $64.00
Resistencias varias pieza 10 $0.30 $3.00
Push button pieza 2 $13.00 $26.00
Potenciómetro de la botonera
pieza 1 $15.00 $15.00
Capacitores pieza 2 $5.00 $10.00
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Cajas de proyectos pieza 2 $45.00 $90.00
Cable UTP metro 6 $10.00 $60.00
Cables para Arduino pieza 20 $2.00 $40.00
Pines pieza 4 $7.00 $28.00
Diodos pieza 4 $1.00 $4.00
Sensores
Clemas pieza 3 $6.00 $18.00
Sensores Ultrasónicos pieza 2 $90.00 $180.00
Switches de caída pieza 2 $15.00 $30.00
Potenciómetro de posición
pieza 1 $15.00 $15.00
Alimentación
Transformador pieza 1 $80.00 $80.00
Regulador pieza 1 $13.00 $13.00
Resistencias varias pieza 5 $0.30 $1.50
Puente de diodos pieza 1 $15.00 $15.00
Instalación Montaje
Cable 3 hilos metro 7 $10.00 $70.00
Caja metálica pieza 1 $36.00 $36.00
Tornillos, tuercas, rondanas, pijas, taquetes, etc.
pieza 200 $0.40 $80.00
Abrazaderas pieza 3 $6.00 $18.00
Ángulos pieza 2 $9.00 $18.00
Canaleta metro 5 $9.00 $45.00
Brocas de varios calibres pieza 5 $12.00 $60.00
Termofit metro 3 $7.00 $21.00
Aerosol pieza 1 $50.00 $50.00
TOTAL $8,402.87 Tabla 5.4. Cotización del Actuador de puerta
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6. CONTROLES DE CALIDAD
6.1. Sistema de calidad
ALCANCE DEL SISTEMA DE GESTIÓN DE CALIDAD
Diseñar e implementar un actuador de puerta automático en las instalaciones del
edificio de posgrados del Instituto Tecnológico de León, el cual sea capaz de abrir
y cerrar de forma completa y/o parcial, de manera automática y
semiautomáticamente de una puerta.
OBJETIVOS DE LA CALIDAD
Evaluar continuamente la satisfacción del cliente y buscar las necesidades a
cubrir.
(Ver Proyección)
Asegurar que el personal de producción este correctamente capacitado para
garantizar la calidad en la elaboración de papel. Lograr el mejor de
aprovechamiento de materia prima, a fin de evitar mermas y gastos innecesarios
de recursos.
RESPONSABILIDAD Y AUTORIDAD
La organización ha definido las responsabilidades del sistema integrado que tiene
cada puesto de trabajo. (Ver Tabla 5.1)
ENFOQUE AL CLIENTE
El primer principio en el que se basan los sistemas de gestión de la calidad
basados en ISO 9001 es el “enfoque al cliente”
La razón de ser de cualquier empresa es elaborar productos o prestar servicios
para sus clientes actuales y potenciales, reportando esta actividad un beneficio
económico para la organización.
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Los Beneficios que se obtienen al manejar un buen enfoque al cliente son
los siguientes:
1. Aumento de los beneficios económicos y de la cuota de mercado. La
empresa puede identificar y adaptarse rápidamente a los cambios de los
mercados.
2. Aumento de la eficacia de las acciones emprendidas para mejorar la
satisfacción del cliente. Las acciones a realizar estarán basadas en datos
reales y fiables (estudios de mercado y análisis de satisfacción), evitando
así esfuerzos sin la recompensa esperada.
3. Aumento de la fidelidad del cliente. El cliente confiará en la empresa porque
ésta conoce sus expectativas y es capaz de mantener un mismo nivel de
calidad (producto, plazo de entrega, atención comercial, servicio técnico,
etc.).
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LIDERAZGO
Según la Real Academia Española, “líder” es la persona a la que un grupo
reconoce como jefe u orientadora. El liderazgo de una persona debe estar basado
en su comportamiento y compromiso, su finalidad es dirigir e influir positivamente
en el comportamiento de los demás para la consecución de unos determinados
objetivos.
El liderazgo nos va a implicar los siguientes puntos:
1. Disponer de un compromiso serio y constante con la calidad y la
satisfacción del cliente por parte de la alta dirección,
2. Tener en cuenta las necesidades de todas las partes interesadas o grupos
de interés de la empresa (clientes, propietarios, empleados, proveedores y
sociedad). Este análisis de necesidades es clave para la determinación de
las acciones y objetivos a desarrollar.
3. Establecer una clara visión del futuro de la empresa.
4. Establecer objetivos y metas desafiantes para todos los empleados de la
organización.
5. Crear y mantener valores compartidos, imparcialidad y modelos éticos de
comportamiento en todos los niveles de la organización.
6. Crear confianza y eliminar temores.
7. Proporcionar al personal los recursos necesarios, la formación y la libertad
para actuar con responsabilidad y autoridad.
8. Inspirar, animar y reconocer las contribuciones de todas las personas de la
organización.
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PARTICIPACIÓN DEL PERSONAL
En relación a los recursos humanos, la norma contiene dos requisitos
fundamentales, la definición y comunicación de las responsabilidades de cada
puesto de trabajo y el aseguramiento de la competencia de todos los empleados
para el desarrollo de las actividades encomendadas. Al mismo tiempo, la
implicación del personal en el desarrollo, implementación y mantenimiento del
sistema se convierte en un factor clave para el éxito en el cumplimiento de los
objetivos de la organización.
Lo que obtengo al tener la participación de mi personal es lo siguiente:
1. Un personal motivado, involucrado y comprometido dentro de la empresa.
2. Aumento de la capacidad de innovación y creatividad para la definición de
los objetivos de la organización.
3. Un personal valorado por su trabajo en base a las evaluaciones periódicas.
4. Un personal deseoso de participar y contribuir a la mejora continua.
ENFOQUE A PROCESOS
Cada uno de los procesos puede definirse como el conjunto de actividades o
etapas sucesivas encaminadas a la consecución de un objetivo, como ejemplo de
procesos podemos hablar de: proceso de relación comercial, proceso de compras,
proceso de gestión de recursos humanos, etc.
La definición de un proceso, para su posterior gestión, implica las siguientes
etapas:
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2. Definición del objetivo del proceso. Por ejemplo: conseguir relaciones
comerciales, proporcionar materias primas de calidad o disponer de personal
competente para el desarrollo de las tareas.
3. Definición de las etapas o actividades que componen el proceso.
4. Definición de las responsabilidades y recursos necesarios para cada una de las
etapas del proceso.
5. Definición de verificaciones y toma de datos a realizar para el posterior análisis
de indiciadores de desempeño del proceso.
El “enfoque a procesos” consiste en dividir el sistema en procesos, conocer y
gestionar las relaciones existentes entre ellos y decidir y emprender mejoras
individuales para cada uno de los procesos.
ENFOQUE DE SISTEMA PARA LA GESTION
Un sistema de gestión es un conjunto de procesos que relacionados entre sí
ordenadamente contribuyen a un determinado objetivo. El objetivo de los sistemas
de calidad en aumentar la satisfacción de los clientes.
Los procesos de una organización son como las piezas de un puzle, cada pieza
debe estar ubicada en su lugar y debe integrarse con el resto para conseguir el
objetivo final, la obtención de una imagen nítida empleando todas las piezas.
MEJORA CONTINUA
La existencia de unos mercados saturados en los que la competencia es feroz,
unida a las exigencias crecientes de los clientes, obliga a las empresas a mejorar
continuamente sus procesos, productos y/o servicios. La mejora continua se
convierte en una necesidad para la sostenibilidad de los negocios.
La necesidad de esta mejora continua puede considerarse en tres niveles:
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1. Mejoras en el propio producto o servicio que se adapten a las necesidades de
los clientes
2. Mejoras en cada uno de los procesos (ventas, compras, fabricación, almacén,
etc.)
3. Mejoras en el desempeño del sistema en términos generales que implican la
eficacia y eficiencia en el cumplimiento de la política y los objetivos de la
organización.
RELACIONES CON PROVEEDORES BASADAS EN EL BENEFICIO MUTUO
La calidad de muchas empresas depende en gran medida de la calidad de los
productos y servicios aportados por sus proveedores y/o subcontratistas. Esta
dependencia hace necesario que se establezca una relación que permita la mejora
continua sostenible tanto de la empresa cliente como del proveedor.
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6.2. Normatividad
La metodología seguida para el diseño, construcción y normalización del sistema
para puertas automáticas, se describe a continuación:
6.2.1. Revisión de las características de los abrepuertas comerciales.
Con la finalidad de llegar a un diseño que no se encuentre dentro del mercado,
buscando la innovación y una óptima aplicación tecnológica del proyecto. Se
analizaron abrepuertas comerciales de distintas marcas, por ejemplo, Power
Access, Besam Electra, Open Sesame, etc., con la finalidad de conocer lo que ya
existe en el mercado, tanto nacional como internacional. Así como también se
revisó el catálogo de WIPO, para revisar las patentes existentes dentro de la
categoría de puertas automatizadas.
6.2.2. Revisión de normas internacionales para este tipo de dispositivos.
Se hizo una investigación sobre las normas que se acoplen al proyecto tanto
normas nacionales como internacionales, las normas con las que cumple el
proyecto, se mencionan a continuación:
La norma internacional ANSI/BHMA 156.19. (“American National Standard
for Power Assist and Low Energy Power Operated Doors”) para conocer
los requerimientos de los abrepuertas automáticos.
La Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012 para Instalaciones
Eléctricas, para seguir los requerimientos de seguridad eléctrica.
La Norma Europea EN 13241-1 para Puertas y portones eléctricos.
La Norma Europea EN 12453 para la seguridad de la instalación y el uso de
puertas motorizadas.
(Ver Anexos)
Más adelante se especifica la aplicación de las normas durante el desarrollo del
proyecto.
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6.2.3. Especificaciones de la puerta.
La puerta de este proyecto es la puerta del Aula de Inteligencia Artificial de
dimensiones de 2.00m x 0.82m, abatible de 0-90° cuyas características son centro
de madera y marco de aluminio cuyo peso es aproximadamente 15kg como se
muestra en la Figura 6.1.
Figura 6.1. Puerta simulada.
Sustituyendo los valores de la puerta en la ecuación de T, obtenemos que el
tiempo mínimo de apertura y cierre, es de 4 seg para satisfacer la norma
ANSI/BHMA 156.19.
6.2.4. Medición del torque necesario para abrir la puerta
El torque máximo necesario para abrir y cerrar una puerta de 15 kg, con la
cerradura de la puerta instalada, tomando como referencia la bisagra de la puerta,
fue de 9.5 Nm. El valor del torque fue máximo al momento de cerrar
completamente la puerta debido a la fuerza necesaria para vencer la cerradura. La
mayor diferencia entre los valores de torque para los diferentes pesos de puertas
fue de 1.5 Nm. La velocidad de giro del actuador del mecanismo, para satisfacer la
norma ANSI 156.19, es de 5 rpm desde los 90º hasta los 10º y de 2 rpm en los
últimos 10º de cierre.
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Esta norma indica las especificaciones de velocidad angular y fuerza para puertas
giratorias de bisagra lateral de diferentes tamaños y pesos, indica el tiempo
mínimo que debe permanecer la puerta completamente abierta antes de volver a
cerrar, así como las variaciones permitidas de estas especificaciones, después de
los ciclos de prueba.
La norma ANSI/BHMA 156.19 especifica que el tiempo mínimo de apertura desde
los 0 grados hasta los 80 grados, o bien, el tiempo mínimo de cierre desde los 90
grados hasta los 10 grados, estos parámetros dependen del ancho y peso de la
puerta, y debe calcularse con la siguiente ecuación:
*
2260
Dx WT
Donde:
T = Tiempo de apertura o cierre (seg).
D = Ancho de la puerta (mm).
W = Peso de la puerta (kg).
Si el valor de T obtenido es menor a 3 segundos, debe tomarse 3 segundos como
mínimo. El tiempo de cierre desde los 10 hasta los 0 grados, no debe ser menor a
1.5 seg. La fuerza necesaria para detener la puerta en movimiento no debe ser
mayor a 67 N.
Para generar el movimiento se utiliza un motor eléctrico de corriente continua del
tipo imán permanente. Este tipo de motores producen alto torque inicial con poca
pérdida térmica, no hay peligro de descargas, tienen poca interferencia con radio o
televisión, tienen bajas velocidades y buena potencia por unidad de peso, ocupan
poco espacio y son fáciles de controlar. El motor seleccionado fue el motor CEM-
1205-1M de la marca MOLON. Este motor tiene las siguientes características:
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Voltaje de operación: 12 vdc
Torque a carga completa: 12 Nm
Velocidad a carga completa: 5 RPM
Corriente a carga completa: 1.4 amps
6.2.5. Diseño y construcción del sistema de abrepuertas.
DISEÑO MECÁNICO.
El mecanismo que se diseñó para este proyecto es un mecanismo deslizante de
una barra, un diseño realmente sencillo pero con la funcionalidad que requerimos
para el movimiento de la puerta.
El diseño del mecanismo contempló la selección del mecanismo, el cálculo de la
posición del eje del mecanismo y la selección del actuador del mecanismo. El
dispositivo se diseñó para abrir y cerrar la puerta de un peso aproximado de 15 kg
0.82m de ancho. Estos valores están determinados por la puerta de acceso del
aula.
Se analizó el mecanismo de dos barras, el mecanismo de actuador lineal y el
mecanismo deslizante, para identificar cuál de estos mecanismos era el más
recomendable para realizar las funciones de apertura y cierre de puertas. Estos
mecanismos se muestran en la Figura 6.2.
Figura 6.2. Tipos de mecanismos analizados
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El mecanismo seleccionado fue el mecanismo deslizante que se instala en el
marco de la puerta. Este mecanismo consta de una barra rectangular que,
mediante un movimiento circular, abre y cierra la puerta por medio de una
corredera, instalada en la parte superior de la puerta, en la que desliza por una
barra. La barra cuenta con un perno para el acople con el actuador, que constituye
el eje del mecanismo (Figura 6.3).
Figura 6.3. Mecanismo deslizante diseñado.
(1)perno, (2)barra, (3)eje del motor, (4)eje corredera, (5)corredera.
Este mecanismo presenta las siguientes ventajas:
Puede funcionar para puertas izquierdas o derechas que abren hacia el
interior haciendo pequeñas modificaciones.
Se instala en el marco de la puerta quedando el dispositivo y su cableado
juntos.
Requiere sólo de una corredera de fácil instalación
(canal de aluminio).
Bajo costo
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ETAPA DE POTENCIA.
Esta etapa del sistema es muy importante, ya que va a ser la etapa que nos
proporcione el control del motor, es decir, nos va a “traducir” la información de
nuestro centro de control / emisora, y va a proporcionar la señal adecuada para el
control del motor. Un aspecto muy importante a tener en cuenta en esta etapa es
la corriente que vamos a tener circulando por nuestro sistema.
Según el motor que se utilice deberemos de elegir un diseño u otro. Podemos
encontrar bastantes esquemas de control, pero todos se basan en la misma idea
pero ofreciendo características diferentes como por ejemplo la potencia máxima
que pueden soportar. Con la Norma Mexicana NOM-001-SEDE-2012 para
instalaciones eléctricas, buscamos el cumplimiento de la seguridad eléctrica
requerida, ya que al diseñar una etapa de potencia así, tenemos un mejor manejo
de la corriente requerida para el manejo del motor, al eliminar considerablemente
los picos que se generan y dañan al motor y principalmente al microcontrolador
cuando el sistema se encuentra en operación.
Se explicará la etapa de potencia para motores DC, ya que es la que se ha
utilizado en el diseño del mecanismo que veremos en el siguiente capítulo.
Podemos encontrar circuitos integrados que nos proporcionen todo lo necesario o
podemos optar por circuitos con componentes discretos.
Para conseguir variaciones de velocidad desde una unidad de control se utiliza
habitualmente una modulación por anchura de pulso (PWM). Dicha señal la
podemos generar desde un circuito integrado o lo más usual desde un
microcontrolador.
Este control nos lo puede proporcionar circuitos integrados como por ejemplo el
L298, uno de los más utilizados a la hora de controlar motores DC (Figura 6.4).
Este circuito integrado incluye dos puentes h. Se llama puente h, por la
configuración que forman los transistores.
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Figura 6.4. Controlador L298.
El modelo L298 soporta hasta un máximo de 4 A, esto puede ser un problema ya
que alcanzar ese consumo es relativamente fácil utilizando motores dc de cierto
tamaño.
Cuando necesitamos trabajar con corrientes importantes como es nuestro caso
(> 4 A) la mejor solución es realizar un circuito con componentes discretos. Esta
solución puede comportar ventajas pero a la vez algunos inconvenientes como por
ejemplo tener que diseñar todo el circuito específico, realizar un estudio más
exhaustivo de todos los componentes y asumir una probabilidad de fallo más alta
en algunos componentes.
SISTEMA DE SENSADO
Sensor de proximidad
Según la norma europea EN 13241-1, se establecen las especificaciones de
seguridad y rendimiento de todas las puertas y portones accionados manualmente
o por motor en el ámbito de uso industrial y doméstico previstas para la zona de
acceso de personas.
El objetivo fundamental de esta norma es la protección de las personas,
independientemente del tipo de puertas y portones.
Para nuestro caso, los sensores que se utilizaron para este proyecto son sensores
ultrasónicos con el fin de no lastimar a los usuarios, en caso de que el sistema
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esté en funcionamiento, éste desenergizará el motor si una persona se encuentra
a menos de 30cm de distancia de la puerta (Figura 6.6). La principal idea es que
no lastime a quien pretenda entrar o salir del aula y evitar daños al sistema en
caso de que el usuario opte por emplear el modo manual. Así como también, en la
Norma Europea EN 13241-1, cumplir las normas de seguridad eléctrica que se
establecen para los sistemas de puertas automáticas y así lograr un mayor tiempo
de vida del sistema.
Figura 6.5. Sensor montado e instalado en la puerta.
Sensor de posición.
El sensor utilizado para detectar la posición empleamos un potenciómetro
acoplado a la flecha del motor. Por medio de un convertidor analógico- digital, el
Arduino lee el valor del potenciómetro y así obtener la posición en la que se
encuentra la puerta, principalmente cuando se esté utilizando en modo manual.
Figura 6.6. Potenciómetro como sensor de posición.
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Una ventaja es que cuando esté totalmente desenergizado el sistema, ya sea por
ausencia de luz eléctrica o porque se desconectó, el sensor seguirá detectando la
posición de la puerta y cuando se reinicie el sistema, la lectura de este sensor será
la principal prioridad de nuestro controlador.
DISEÑO DE LAS FUNCIONES DEL SISTEMA
Modo manual.
En este caso el sistema puede ser maniobrado por el usuario, sin problema alguno
de dañar el sistema, aun así éste se encuentre conectado a una fuente eléctrica,
cumpliendo uno de los requerimientos de la Norma Europea EN 13241-1, que el
sistema debe ser operado de forma manual y automática como mínimo.
Este modo de operación, se diseñó con la finalidad de tener la posibilidad de
operar el sistema cuando exista una caída de voltaje por parte de Comisión
Federal de Electricidad (CFE) y así el usuario pueda hacer uso regular de la
puerta y gracias al sensor de posición anteriormente mencionado, el sistema
estará registrando la posición actual en todo momento.
Modo semiautomático.
Este modo será controlado mediante una botonera que cuenta con dos botones,
uno para la apertura total y el otro para el cierre total hasta que tope con dos
switches ubicados en cada lado de la puerta para detectar la apertura o cierre total
de la puerta, así como también cuenta con una perilla para controlar la apertura o
cierre parcial de la puerta según el usuario desee, que van desde el 0° hasta los
90° (Figura 6.7.)
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Figura 6.7. Botonera
En la botonera se implementaron led´ s, con la finalidad de indicar si hay algún
objeto instruyendo la puerta o si se encuentra una persona cerca de la puerta
detectada por los sensores ultrasónicos, de esta manera los botones y la perilla
quedarán bloqueados en caso de que se presenten las situaciones mencionadas y
así descartar alguna anomalía en el sistema y así generar una protección al
sistema como nos mencionan en la normas de seguridad eléctrica de la Norma
Europea EN 13241-1.
DISEÑO DEL SOFTWARE
El algoritmo del sistema fue programado en la plataforma de Arduino que maneja
lenguaje Open Source. Se utilizaron varias etapas en el código, en las que se
tiene como prioridad la lectura del sensor de posición, ya que todo depende de
esto, y se lee mediante una entrada analógica para después convertirla a una
señal digital y poder trabajar sobre esos datos.
6.2.6. Montaje e instalación.
La norma EN 12453 especifica como medidas preventivas el aplicar una de las
siguientes o combinarlas:
Distancias de seguridad
Protección mecánica (envolventes, capotas, cercos, etc)
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Supresión de aristas cortantes y elementos prominentes.
Maniobrar la puerta en modo hombre presente.
Instalar dispositivos sensibles de protección.
Figura 6.9. Montaje del mecanismo.
Para puertas abatibles, que es similar a la puerta de nuestro sistema, debe estar
libre el angulo de apertura de la puerta, libre de objetos que puedan obstruir el
movimiento al abrir o cerrar la puerta, así como se muestra en la Figura 6.10.
Figura 6.10. Distancia de seguridad de la puerta.
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Así como también se incluyen los sensores de proximidad para evitar daños al
sistema, y no lastimar al usuario, se debe tener en cuenta la colocación en la
puerta de estos sensores, para que se cumpla el rango de detección de éstos.
Figura 6.11. Dimensiones y ángulos de detección del sensor ultrasónico.
Gracias a este sensor, se cumplen con varias medidas de seguridad establecidas
en la Norma Europea EN 12453 evita riesgos tales como:
Riesgos por impacto.
Riesgos por sobreesfuerzo del motor.
Riesgos de atrapamiento
Ya que cuando el sensor detecta a una persona a una distancia mínima de 30 cm,
el sistema se desenergizará totalmente para evitar golpear al usuario y evitar que
si se desea operar en modo manual no sobrecargue el motor cuando esté en
funcionamiento.
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7. PROYECCIÓN
7.1. Mediano plazo (5-10 años)
En un plazo de 5-10 años, se planea mejorar el diseño del Actuador de puerta
implementando una segunda etapa en la que se desarrollará el modo automático.
Se pretende desarrollar el proyecto como Innovación de Producto dentro del
Sector Salud, ya que existe un gran número de personas en sillas de ruedas que
dependen de otra persona para entrar y salir de su propia casa. La principal idea
es que el dispositivo construido cumpla con las preferencias de los usuarios de
sillas de ruedas en México, es decir, seguridad, fácil instalación y fácil operación.
Y así, eliminar todas aquellas limitaciones que existen al utilizar una puerta
convencional.
Se desarrollará un plan estratégico en busca de las necesidades de nuestros
clientes, haciendo los ajustes necesarios en cuanto a diseño y funcionalidad del
sistema para la mejora del proyecto. Cumplir el reto de facilitar el entorno de las
personas con capacidad y logren una autonomía personal para quienes tienen
dificultad de movilidad.
Buscar inversionistas para aportar recursos económicos para el desarrollo del
proyecto y apoyar a las asociaciones destinadas a las personas con discapacidad.
Verificar que el diseño y funcionabilidad, con nuevos elementos, se adapte a las
necesidades de las personas en sillas de ruedas, definir y comparar si las
acciones realizadas nos producen un valor agregado considerable al costo del
producto final.
De acuerdo con esto, se va a definir si las nuevas propuestas son convenientes
para implementarlas en el diseño del producto y realimentando nuevas propuestas
nos dirija a una mejora continua del sistema y ser reconocidos como empresa.
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8. CONCLUSIONES
El proyecto “Actuador de puerta para ambientes inteligentes” se llevó a cabo de
manera satisfactoria, cumpliendo los requerimientos especificados, aunque al
principio existieron complicaciones, ya que primero se había implementado un
diseño no funcional, se fue mejorando hasta tener el diseño que se encuentra
instalado actualmente en el Edificio de Posgrado del Campus 1.
Gracias a que se desarrolló el proceso normativo, ayudando al crecimiento del
proyecto, así como también el sistema de calidad para la mejora continua, sobre
todo para minimizar los riesgos y brindar seguridad y confiabilidad al usuario final.
Fue muy importante conocer todos los elementos que componen el proyecto para
tener bien definida la funcionalidad de cada uno de ellos y tener en cuenta que
todos son de suma importancia para comprender una organización. Y definir
también, los planes a futuro, para seguir trabajando en la mejora del proyecto y
optimizarlo en todos los aspectos.
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9. BIBLIOGRAFÍAS
http://dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5280607&fecha=29/11/2012
http://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf?docId=WO2014065686&rec
Num=1&maxRec=3360&office=&prevFilter=&sortOption=Pub+Date+Desc&
queryString=FP%3A%28mechanic%29&tab=PCT+Biblio
http://www.sinergiasoluciones.com.mx/ES/AplicacionesYAsesoriaTecnica/N
ormatividad/NOM-001-SEDE-1999.pdf
http://www.sirma.es/Descargas/guia.pdf
http://www.uprb.edu/politicas/Manual-Programacion.pdf
http://hederaconsultores.blogspot.mx/p/articulos-iso-9001.html
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10. APÉNDICES O ANEXOS
10.1. Esquemas mecánicos
Piezas
Barra
Eje de la corredera
Corredera
Perno
Planos
Mecanismo.
Mecanismo montado.
10.2. Producto terminado
Galería de fotos
10.3. Normativas
Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012
ISO 9001
Normas europeas
Guía para la implantación de las normas europeas
American National Standard For Power Assist And Low Energy Power
Opera Ted Doors ANSI/BHMA 156.19
BHMA Standard at a Glance ANSI/BHMA 156.19
10.4. Hojas del Fabricante
Puente H L298
Sensor ultrasónico HC-SR04
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