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Diseño y concepcion de productos de fundicionTRANSCRIPT
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA MECÁNICA
DISEÑO DE CONCEPTO Y DETALLE DE PRODUCTOS DE LA EMPRESA
FUNDICIÓN PACÍFICO
Por:
Terry Enrique Carrillo Argumedo
INFORME DE PASANTÍA
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero Mecánico
Sartenejas, Enero de 2013
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA MECÁNICA
DISEÑO DE CONCEPTO Y DETALLE DE PRODUCTOS DE LA EMPRESA
FUNDICIÓN PACÍFICO
Por:
Terry Enrique Carrillo Argumedo
Realizado con la asesoría de:
Tutor Académico: Profesor José Miguel Torán
Tutor Industrial: Emilio Izquierdo e Iván Weinreb
INFORME DE PASANTÍA
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero Mecánico
Sartenejas, Enero de 2013
iii
iv
RESUMEN
En Fundición Pacífico, empresa dedicada a la fabricación de productos de grifería y accesorios
para baños y cocinas, así como de válvulas de uso industrial y doméstico, ubicada en Mariche,
Caracas, Venezuela, se solicitó un proyecto de pasantía que consistió en el desarrollo de
prototipos, cuyo objetivo era la solución de requerimientos mecánicos factibles para dos
proyectos de nuevos productos, que comprendieron el diseño conceptual y de detalle. Aplicando
los conocimientos adquiridos en el curso de Metodología del Diseño de la Universidad Simón
Bolívar, se utilizaron los requerimientos iniciales del Departamento de Investigación y Desarrollo
de dicha empresa para iniciar una búsqueda de soluciones aplicables a ambos prototipos,
dividiendo los problemas en sub-funciones y hallándole solución a los mismos, para su posterior
integración en la visión requerida por el Departamento. El resultado fue el prototipo de un grifo
aprobado para producción, a ser lanzado al mercado este año, y una nueva tecnología para la
empresa de generación de movimiento sin uso de la electricidad, aplicable a futuros diseños que
la incluyan. Se puede concluir que fue crítico para esta pasantía el poseer una metodología de
diseño y conocimientos en ese ámbito para cumplir las exigencias que el equipo de FP planteó en
todo momento durante los diseños.
Palabras claves: Diseño, Conceptual, Detalle, Producto.
v
ÍNDICE GENERAL
CAPÍTULO I ................................................................................................................................... 1
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 1
CAPÍTULO II .................................................................................................................................. 5
ENTORNO EMPRESARIAL ......................................................................................................... 5
2.1. Definición de la empresa ...................................................................................................... 5
2.2. Misión ................................................................................................................................... 7
2.3. Visión ................................................................................................................................... 8
2.4. Valores .................................................................................................................................. 8
2.5. Estructura de la empresa ....................................................................................................... 8
2.6. Ubicación del pasante en la empresa .................................................................................. 10
CAPÍTULO III .............................................................................................................................. 11
MARCO TEÓRICO ...................................................................................................................... 11
3.1. Fundición ............................................................................................................................ 11
3.2. Forjado ................................................................................................................................ 12
3.3. Acabados superficiales ....................................................................................................... 13
3.4. Proceso de Electro-Galvanizado ......................................................................................... 14
3.5. Cromado ............................................................................................................................. 14
3.6. Control Numérico ........................................................................................................... 14
3.7. Conceptos Básicos de Mecánica......................................................................................... 15
3.8. Conceptos Básicos de Productos de FP .............................................................................. 15
3.9. Conceptos para el desarrollo del proyecto .......................................................................... 16
3.10. Proceso de Diseño ............................................................................................................ 17
3.11. Ciclo de Vida del Producto dentro de la Empresa ............................................................ 17
3.12. Diseño Industrial ............................................................................................................. 19
3.13. Diseño Conceptual ............................................................................................................ 19
3.14. Diseño de Detalle.............................................................................................................. 20
3.15. Prototipo ........................................................................................................................... 20
3.16. Diseño Asistido por Computadora ................................................................................... 21
3.17. Sucesión de Fibonacci ...................................................................................................... 22
3.18. Número Áureo .................................................................................................................. 23
CAPÍTULO IV .............................................................................................................................. 25
MARCO METODOLÓGICO ....................................................................................................... 25
vi
4.1. Diseño Conceptual (KINETIC): ..................................................................................... 25
4.2. Diseño de Detalle (COBRA): ......................................................................................... 30
CAPÍTULO V ............................................................................................................................... 32
DESARROLLO DE LA SOLUCIÓN ........................................................................................... 32
5.1. KINETIC (Diseño Conceptual) .......................................................................................... 32
5.1.1. ESPECIFICACIONES ................................................................................................ 33
5.1.2. BÚSQUEDA DE INFORMACIÓN ............................................................................ 35
5.1.3. ANÁLISIS FUNCIONAL ........................................................................................... 40
5.1.4. DISEÑO DEL PROTOTIPO ....................................................................................... 50
5.1.5. UBICACIÓN DEL PROYECTO EN EL PLC DE LA EMPRESA ........................... 78
5.2. COBRA (Diseño de Detalle) .............................................................................................. 79
5.2.1 ESTATUS DEL DISEÑO AL MOMENTO DE INICIAR EL PROYECTO .............. 80
5.2.2. ESPECIFICACIONES ................................................................................................ 82
5.2.3. SOLUCIONES DE DISEÑO PROPUESTAS PARA EL PROYECTO .................... 85
5.2.4. UBICACIÒN DEL PRODUCTO DENTRO DEL PLC DE LA EMPRESA ........... 116
CAPÍTULO VI ............................................................................................................................ 117
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................................................... 117
REFERENCIAS .......................................................................................................................... 119
APÉNDICES ............................................................................................................................... 121
APÉNDICE A. PLANOS PISTÓN DE PRUEBA (CONFIDENCIAL) ................................. 121
APÉNDICE B. PLANOS VÁVULA DE SEGURIDAD (CONFIDENCIAL) ....................... 121
APÉNDICE C. PLANOS VÁLVULA 5-2 (CONFIDENCIAL) ............................................ 121
APÉNDICE D. PLANOS MECANISMO DE ELEVACIÓN DE TIJERAS (CONFIDENCIAL) ................................................................................................................. 121
APÉNDICE E. PLANOS PISTÓN (CONFIDENCIAL) ........................................................ 121
APÉNDICE F. PLANOS DEFINITIVO COBRA (CONFIDENCIAL) ................................. 121
ANEXOS ..................................................................................................................................... 122
ANEXO A. VÁLVULA CHECK DE MEDIA PULGADA ................................................... 122
ANEXO B. LLAVE DE ARRESTO CON FILTRO .............................................................. 122
ANEXO C. INFORME DE FACTIBILIDAD COBRA ......................................................... 123
vii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 5.1.1. Cuadro Morfológico .................................................................................................. 41
Tabla 5.1.2. Matriz de Decisión .................................................................................................... 44
Tabla 5.1.3. Resultados de la prueba pistón .................................................................................. 51
Tabla 5.1.4. Resultados de la prueba válvula de seguridad ........................................................... 57
Tabla 5.1.5. Evolución del diseño de la válvula 5-2 ..................................................................... 58
Tabla 5.1.6. Resultados de la prueba válvula 5-2 .......................................................................... 64
Tabla 5.1.7. Evolución del mecanismo de elevación ..................................................................... 66
Tabla 5.1.8. Piezas que componen el elevador de tijeras ............................................................... 71
Tabla 5.1.9. Resultados prueba mecanismo + válvula 5-2 ............................................................ 73
Tabla 5.2.1. Partes que componen la solución 1 ............................................................................ 87
Tabla 5.2.2. Partes que componen la solución 2 ............................................................................ 92
Tabla 5.2.3. Partes que componen la solución 4. ........................................................................ 102
Tabla 5.2.4. Resultados de la prueba cartucho ............................................................................. 105
Tabla 5.2.5. Partes que componen la solución 6 (Definitiva). .................................................... 109
viii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1. Logotipo de la empresa ................................................................................................. 5
Figura 2.2. Varios productos de la empresa .................................................................................... 7
Figura 2.5. Organigrama de Fundición Pacífico C.A. ..................................................................... 9
Figura 3.8.1. Modelo del proceso de diseño de Pugh .................................................................... 15
Figura 3.8.2. Ciclo de Vida del Producto ...................................................................................... 16
Figura 3.11.1. Rectángulos Fibonacci .......................................................................................... 19
Figura 3.11.2. Espiral de Fibonacci ............................................................................................... 19
Figura 3.12. Segmento Áureo ......................................................................................................... 20
Figura 3.13. Despiece de un grifo, con componentes ..................................................................... 21
Figura 4.1. Procedimiento empleado en el Diseño Conceptual ..................................................... 27
Figura 4.2. Procedimiento empleado en el Diseño de Detalle....................................................... 29
Figura 5.1.1. Simulador de sistema hidráulico ............................................................................... 34
Figura 5.1.2. Grúa Hiab XS 1055 ................................................................................................... 34
Figura 5.1.3. Carro levantado por un mecanismo hidráulico de tijeras .......................................... 35
Figura 5.1.4. Esquema de la puerta corrediza................................................................................. 36
Figura 5.1.5. Ascensor hidráulico, vista horizontal ........................................................................ 37
Figura 5.1.6. Diagrama de Funciones ............................................................................................. 38
Figura 5.1.7. Mapa Mental ............................................................................................................. 40
Figura 5.1.8. Toma de decisión ...................................................................................................... 45
Figura 5.1.9. Secuencia de elevación del producto ........................................................................ 46
Figura 5.1.10. Esquema de Funcionamiento .................................................................................. 47
Figura 5.1.11. Prototipo del pistón de prueba................................................................................. 49
Figura 5.1.12. Despiece de los componentes del pistón de prueba ................................................ 49
Figura 5.1.13. Prueba del funcionamiento del Pistón ..................................................................... 50
Figura 5.1.14. Esquema de Funcionamiento Modificado ............................................................... 53
Figura 5.1.15. Esquema (A) Válvula de seguridad pulsada. (B) Válvula de seguridad no pulsada
........................................................................................................................................................ 53
Figura 5.1.16. Comportamiento del fluido dentro de la válvula de seguridad ............................... 54
Figura 5.1.17. Componentes de la válvula de seguridad y ensamblaje .......................................... 55
Figura 5.1.18. (A) Válvula de seguridad no pulsada. (B) Válvula de seguridad pulsada .............. 56
ix
Figura 5.1.19. Esquema (A) Válvula 5-2 pulsada. (B) Válvula 5-2 no pulsada ............................. 61
Figura 5.1.20. Componentes de la válvula 5-2. ............................................................................. 62
Figura 5.1.21. (A) Válvula 5-2 pulsada. (B) Válvula 5-2 no pulsada. .......................................... 63
Figura 5.1.22. Disposición General de los componentes ............................................................... 69
Figura 5.1.23. Esquema de Funcionamiento Modificado 02 .......................................................... 70
Figura 5.1.24. Componentes del Pistón. ........................................................................................ 72
Figura 5.1.25. (A) Mecanismo - Válvula 5-2 no pulsada. (B) Mecanismo - Válvula 5-2 pulsada ...
........................................................................................................................................................ 73
Figura 5.1.26. Fase en la cual se entrega el proyecto Kinetic. ...................................................... 75
Figura 5.2.1. Primer Boceto del Grifo Cobra ................................................................................. 76
Figura 5.2.2. Modelos desarrollados por el equipo de diseño de Fundición Pacífico .................... 77
Figura 5.2.3. Modelos de diseño del Cobra .................................................................................... 78
Figura 5.2.4. Modelo final de diseño del Cobra ............................................................................. 79
Figura 5.2.5. Modelo de incio de diseño del Cobra ........................................................................ 82
Figura 5.2.6. Especificaciones Cartucho cerámico Monomando Ø 25 mm ................................... 83
Figura 5.2.7. Especificaciones, Cartucho cerámico Monomando Ø 25 mm tipo joystick ............. 83
Figura 5.2.8. Grifo en apertura de agua caliente, cartucho monomando ........................................ 84
Figura 5.2.9. Grifo en apertura de agua caliente, cartucho monomando tipo joystick. ................. 84
Figura 5.2.10. Catálogo de Soluciones ........................................................................................... 85
Figura 5.2.11. Solución 1. ............................................................................................................. 86
Figura 5.2.12. Esquema general de funcionamiento ...................................................................... 86
Figura 5.2.13. Despiece del diseño 1 .............................................................................................. 87
Figura 5.2.14. Primera solución mecánica propuesta ..................................................................... 90
Figura 5.2.15. Segunda solución mecánica .................................................................................... 91
Figura 5.2.16. Despiece del diseño 2 .............................................................................................. 92
Figura 5.2.17. Partes del Cobra ...................................................................................................... 94
Figura 5.2.18. Cobra Armado ......................................................................................................... 94
Figura 5.2.19. Segunda solución mecánica propuesta .................................................................... 95
Figura 5.2.20. Cuadrados de la Sucesión de Fibonacci .................................................................. 96
Figura 5.2.21. Espiral de la Sucesión de Fibonacci ........................................................................ 97
Figura 5.2.22. (A) Circunferencias de la Sucesión de Fibonacci. (B) Acercamiento de las
Circunferencias de la Sucesión de Fibonacci. ............................................................................... 97
x
Figura 5.2.23. Nuevo Diseño Industrial Sucesión de Fibonacci .................................................... 98
Figura 5.2.24. Diseño 3, Solución de diseño industrial .................................................................. 98
Figura 5.2.25. Impresión 3D del Diseño Industrial ........................................................................ 99
Figura 5.2.26. Distribución interna del diseño 3. .......................................................................... 99
Figura 5.2.27. Análisis de Fluidos 01 ........................................................................................... 100
Figura 5.2.28. Distribución interna del diseño 4 .......................................................................... 101
Figura 5.2.29. Despiece del diseño 4. .......................................................................................... 102
Figura 5.2.30. Modelo digital del prototipo de prueba ................................................................. 103
Figura 5.2.31. Prototipo físico de prueba ..................................................................................... 104
Figura 5.2.32. Prueba del funcionamiento del Cobra ................................................................... 104
Figura 5.2.33. Modelo 1 del Diseño 5. ........................................................................................ 106
Figura 5.2.34. Modelo 2 del Diseño 5 .......................................................................................... 107
Figura 5.2.35. Diseño industrial final ........................................................................................... 108
Figura 5.2.36. Despiece del diseño 6. (Definitivo) ...................................................................... 109
Figura 5.2.37. Disposición del modelo 6 (Definitivo). ................................................................ 111
Figura 5.2.38. Análisis de fluido del modelo 6 (Definitivo). ...................................................... 112
Figura 5.2.39. Diseño Final. ........................................................................................................ 113
Figura 5.2.40. Fase en la cual se entrega el proyecto Cobra ...................................................... 113
xi
TABLA DE ABREVIATURAS
2D Segunda Dimensión
3D Tercera Dimensión
CAD Computer-Aided Design (Diseño Asistido por Computadora)
ICSID International Council of Societies of Industrial Design (Consejo
Internacional de Sociedades de Diseño Industrial)
FP Fundición Pacífico
PLC Product Life Cycle (Ciclo de Vida del Producto)
R&D Research and Development (Investigación y Desarrollo)
1
CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN
Durante el transcurso de las últimas décadas ha quedado demostrado que la velocidad de los
avances tecnológicos tiene un comportamiento exponencial, el planeta resulta estar cada vez más
conectado. Comunicarse, comercializar, compartir información y productos es cada vez más
sencillo e inmediato. Todo esto ha planteado retos ineludibles para las empresas en la actualidad,
la competitividad en los mercados es feroz y el aumento de los competidores a nivel nacional e
internacional expone la necesidad del diseño de nuevas tecnologías y de nuevos productos como
parte fundamental y clave para la prosperidad y crecimiento de las empresas que deseen alcanzar
el éxito.
La empresa Fundición Pacífico con una trayectoria de más de 39 años en el mercado
venezolano, cuenta con el reconocimiento de ser una marca de calidad, afianzada en productos
clásicos, como lo son ciertos modelos de sus líneas de válvulas y grifería, los cuales llegaron a
mantener a la empresa como líderes de mercado en su ramo durante los últimos años. Sin
embargo, durante la última década han entrado en juego nuevos competidores, nacionales e
internacionales, entre los cuales se hacen notar las empresas de importación de productos que
llevan a Fundición Pacífico a tomar acciones para mantener su estatus en el mercado y por ende,
sus niveles de competitividad.
Por estas razones, la compañía emprendió la creación de un Departamento de Investigación y
Desarrollo, el cual desde hace menos de cinco años ha provisto a la empresa de una gama de
nuevos productos y tecnologías que los han mantenido como líderes del mercado venezolano.
El proyecto presentado describe el trabajo de diseño conceptual y de detalle de dos nuevos
productos en el Departamento de Investigación y Desarrollo de la empresa Fundición Pacífico. Se
estudió y documentó la generación de estos nuevos diseños siguiendo una determinada
2
metodología y pruebas que permitieron establecer resultados, logrando la creación de nuevas
tecnologías y la aprobación de uno de estos diseños para la producción dentro de la empresa.
1.1. Justificación e importancia del trabajo
Dentro de los objetivos de la empresa, la creación de nuevos productos y tecnologías es
fundamental y de suma importancia, ya que esto le permite a la organización conservar su
posicionamiento en el mercado y mejorar la relación con los clientes, satisfaciendo nuevas
necesidades. Para poder mantener los estándares de calidad, liderazgo en el mercado e
innovación en todos sus productos, debe existir un ente capaz de mantener dichos estándares. El
Departamento de Investigación y Desarrollo responde a estas necesidades al desarrollar
continuamente proyectos en búsqueda de asegurar la prosperidad y crecimiento de la empresa.
El diseño de productos es una decisión crítica para la empresa, puesto que incrementa la
adaptabilidad de la organización ante un mercado cambiante, otorgándole mayores posibilidades
de éxito. En este informe se desarrollan dos proyectos, enmarcados dentro del diseño conceptual
y el diseño de detalles. El primero denominado ¨Kinetic¨ dirigido a la exploración de nuevas
tecnologías. El segundo es denominado ¨Cobra¨ el cual se espera producir en masa para su
introducción en el mercado como parte de la línea Trends de Fundición Pacífico.
Varios de los beneficios que conlleva la creación de nuevos productos son:
La introducción de nuevos productos es un factor importante para la prosperidad y
crecimiento de una empresa.
Adaptación a cambios de gustos y costumbres en el mercado.
La generación de nuevas tecnologías proporciona nuevas posibilidades de creación para
las empresas.
El aprovechamiento de las posibilidades de fabricación dentro de la empresa.
El mantenimiento o incremento de la competitividad y participación de la empresa dentro
del mercado.
Incremento de utilidades.
Remplazar o reinventar productos.
3
Posibilidad de generación de patentes y sus beneficios para la empresa.
Optimización de productos y métodos de fabricación ya existentes.
Satisfacción de las necesidades de los clientes, con productos atractivos, útiles y de alta
calidad, lo que se traduce en la ganancia de nuevos clientes.
Adaptación a nuevas condiciones de la demanda por cambios demográficos.
Promover la imagen de la empresa.
Detección de necesidades y/o deseos insatisfechos.
1.2. Planteamiento del problema
Fundición Pacífico es una empresa encargada de la fabricación de productos de grifería y
válvulas para el hogar y/o industria. Actualmente, esta empresa se ha visto en la necesidad de
generar nuevos productos y tecnologías, así como también de establecer nuevos criterios y
metodologías al momento de emprender nuevos diseños. La planta cuenta con una capacidad
instalada de producción disponible, que permite un amplio campo de posibilidades para crear
diseños factibles, que lleguen a cumplir sus objetivos técnicos y a nivel de mercado.
Las nuevas condiciones del mercado plantean para la empresa, la necesidad de incorporar tanto
nuevos productos a sus líneas ya existentes en cuanto a válvulas y grifos, así como también
explorar otras áreas que permitan la generación de nuevos bienes y servicios
Por estas razones se crea un grupo multidisciplinario que comprende a diseñadores industriales,
técnicos especializados y operadores con años de experiencia, destinados no sólo a generar
productos si no también nuevos criterios, métodos y posibilidades que contribuyan con el éxito de
la empresa. Con la realización del presente proyecto, se incorpora a dicho grupo ingenieros
destinados al diseño.
1.3. Objetivo General
El objetivo general de la pasantía es asistir en la elaboración, justificación y ejecución del
diseño de un nuevo producto.
4
1.4. Objetivos Específicos
1. Elaboración de propuestas de diseño conceptual de nuevos productos, siguiendo los
lineamientos del diseñador industrial.
2. Identificar los procesos actuales y los sistemas involucrados en la generación de
productos, con el fin de estimar la factibilidad de fabricación de la planta.
3. Diseño de detalle de productos de grifería y válvulas
4. Elaboración de prototipos funcionales.
5
CAPÍTULO II ENTORNO EMPRESARIAL
En este capítulo se describe el ambiente laboral donde se llevó a cabo la pasantía. Se comienza
definiendo la empresa Fundición Pacífico C.A, a través de su reseña histórica y hechos más
relevantes, seguido de su misión, visión y valores empresariales. A su vez, se observa la
estructura organizativa de la empresa, incluyendo la posición del pasante en la misma.
2.1. Definición de la empresa
Según Fundición Pacífico C.A. Año 2012
Fundición Pacífico C.A. (ver Figura 2.1), es una empresa dedicada a la fabricación de
productos de grifería y accesorios para baños y cocinas, así como también de válvulas de uso
industrial y doméstico. La sede principal se encuentra ubicada en la Carretera Petare - Santa
Lucía, Km. 12, Galpón FP, calle El Desvío en Filas de Mariche, Estado Miranda, ocupando una
extensión de aproximadamente 25.000 m2. En ella se desarrollan una serie de procesos
estratégicos y de apoyo que sirven de soporte al Proceso productivo (Planta). Igualmente en la
sede de Filas de Mariche labora personal asignado a la planta desarrollando procesos propios del
negocio (Diseño, Ingeniería, Control de Calidad, Logística y Despacho entre otros).
6
Figura 2.1. Logotipo de la empresa (Fuente: Fundición Pacífico C.A. Año 2012)
Fue fundada en 1973 con el propósito de ser una empresa manufacturera de piezas para
sanitarios, grifos para mangueras y grifería económica. A través del tiempo, la capacidad
productiva de Fundición Pacífico ha aumentado, elaborando no sólo todo tipo de válvulas para
uso doméstico y/o industrial, sino también griferías de lujo, accesorios para baños, filtros
purificadores de agua doméstica, entre otros.
Al aumentar la capacidad productiva de la empresa, se adaptaron tecnologías de desarrollo en
todos sus procesos, con el fin de incentivar el crecimiento de la Organización y la adecuación de
la infraestructura a las nuevas exigencias del mercado.
En el departamento de producción se cuentan con sistemas de control numérico computarizado
que garantizan la más alta calidad en los productos; un sistema de control automatizado para los
insumos y materias primas de la producción; se incorporó la Planta de Electro-galvanizado en
1998 y las Plantas de Pulido y Lijado de piezas en el año 2001.
La compañía Fundición Pacífico se ha destacado por su amplio interés en la excelencia y la
funcionalidad de sus productos, siempre satisfaciendo las expectativas y necesidades de sus
clientes; esto se ha obtenido gracias a la implementación de un sistema de calidad basado en la
Norma COVENIN ISO 9001 vigente.
Ampliando el mercado de la empresa, Fundición Pacífico abre en el 2008 su primera sucursal
en Panamá, la cual actúa como centro de distribución y que tiene como misión la
comercialización de los productos en el Mercado Andino y Centroamericano.
7
Los productos ofrecidos por la empresa abarcan desde griferías de lavamanos, duchas, bañeras
e hidroduchas, accesorios para baños y cocinas, válvulas de bola (livianas y pesadas de paso
completo y paso reducido), válvulas de compuerta (livianas y pesada, de paso completo),
válvulas check, llaves para duchas, enfriadores de agua, mangueras y llaves de paso, rejillas,
conexiones y uniones, entre otros. (ver Figura 2.2)
Figura 2.2. Varios productos de la empresa. (Fuente: Fundición Pacífico C.A. Año 2012)
2.2. Misión
Satisfacer las necesidades presentes en el mercado americano en materiales de grifería,
accesorios de baños y cocinas así como, de artículos para la decoración del hogar e industrial, a
través de la producción y distribución de la más amplia gama de productos de calidad,
incorporando tecnología de vanguardia, procurando una alta rentabilidad en beneficio de los
accionistas que les permita contribuir con el desarrollo económico y social del país. (Fuente:
Fundición Pacífico C.A. Año 2012)
8
2.3. Visión
Fundición Pacifico será una organización líder en la industria y distribución de griferías,
accesorios de baños y cocina y artículos del hogar que cubrirá todas las necesidades de todo el
mercado con productos de vanguardia y óptima calidad. (Fuente: Fundición Pacífico C.A. Año
2012)
2.4. Valores
Los principios de negocio forman parte de la cultura e identidad corporativa que caracteriza al
grupo FP. A continuación se presentan los principios del negocio que aplican en la empresa.
(Fuente: Fundición Pacífico C.A. Año 2012)
Compromiso
Ética
Profesionalismo
Innovación
Ambición
2.5. Estructura de la empresa
La estructura organizativa de Fundición Pacífico C.A se ilustra en la Figura 2.5 a través del
organigrama.
9
Figura 2.5. Organigrama de Fundición Pacífico C.A. (Fuente: Fundición Pacífico C.A. Año 2012)
Comité Directivo
Dirección deManufactura
Gerencia deManufactura
Gerencia de Procura
Gerencia deCalidad
Jefe de Mantenimiento
Jefe deMatricería
Jefe deInfraestructura
Jefe deProducción
Jefe dePlanificación de
Producción
Jefe deAlmacén de MP
e Insumos
Asistente deProducción (2)
Técnico de Mantenimiento
Jefe de Tornos yControl
Numérico
Jefe de Transfer
Jefe de Lijado,Pulido y Vibrado
Jefe de ArmadoVálvulas
Jefe de ArmadoGrifería
Jefe de Fundición y
Almas
Supervisor deRecubrimiento y
Acabado
Supervisor deForja
Asistente de Fundición y
Almas
Supervisor deMatricería
Supervisor deHerrería
Asistente deAlmacén
Supervisor deMontacarga
Ingeniero deProcesos
Especialista deDiseño
Especialista deCalidad
Soporte Técnico
Inspectores de Calidad (2)
Jefe deProcura
Recepción de MP e
Insumos
Analista de Compras
Especialista de Seguridad y
Salud Laboral
Chofer
10
2.6. Ubicación del pasante en la empresa
El presente proyecto tiene su desarrollo en los departamentos de Investigación y Desarrollo, y
Calidad, siendo el primero un departamento nuevo creado con la finalidad de diseñar nuevos
procesos y productos dentro de la compañía. El departamento de Calidad proporciona los
criterios y normas de buenas prácticas de calidad en todos los productos de Fundición Pacífico.
Además se contó con el apoyo del Sector de Matricería dentro de la empresa, fue allí donde se
llevó a cabo la fabricación de las piezas utilizadas en los prototipos y pruebas de los diseños
desarrollados en este proyecto.
11
CAPÍTULO III MARCO TEÓRICO
En este capítulo se define y describe una serie de conceptos utilizados para el entendimiento y
desarrollo de las actividades realizadas dentro del proyecto. En éste se puede observar
definiciones acerca de los procesos involucrados en la empresa, procedimientos desarrollados, y
programas computarizados para la fabricación de sus productos.
3.1. Fundición
Este proceso es empleado ampliamente por la empresa en la fabricación de los cuerpos de la
grifería, así como también en una amplia cantidad de partes de otros productos. En este proyecto
se empleará la fundición como método de fabricación para el cuerpo del grifo Cobra.
Según Torres (2008),
El proceso de fundición es aquel mediante el cual un metal fundido fluye por gravedad u otra
fuerza, dentro de un molde donde se solidifica y toma la forma de la cavidad del molde.
Existen dos tipos de fundición, la fundición de lingotes y la fundición de formas. La primera se
asocia con la industria de metales primarios, esto es por medio de una fundición grande y
sencilla, con forma de lingotes, para luego ser utilizados en otros procesos como laminado o
forjado. La fundición de formas involucra la fundición de piezas complejas que se aproximan a la
forma final del producto deseado. (Torres, 2008).
Dentro de los procesos de manufactura, se selecciona con frecuencia el proceso de fundición,
debido a las siguientes razones (Kalpakjian, 2002):
12
La fundición puede producir formas complejas con cavidades internas o con secciones huecas.
Puede producir piezas muy grandes.
Puede utilizar materiales para la pieza de trabajo que serían difíciles o no económicos de
procesar utilizando otros procedimientos.
La fundición es competitiva en comparación con otros procesos.
El proceso de fundición se clasifica de acuerdo con los diferentes tipos de moldes, como se
describe a continuación (Torres, 2008):
Moldes Desechables: Moldes fabricados de arena, yeso y materiales similares, mezclados con
varios agentes de unión; después de solidificada la pieza, se rompe el molde para retirarla.
Moldes Permanentes: Moldes metálicos, utilizados de manera repetitiva, diseñados para que la
pieza sea retirada con facilidad y se repita el proceso.
Moldes Compuestos: Moldes fabricados con dos o más materiales, utilizados para mejorar la
resistencia del molde, controlar la velocidad de enfriamiento y optimizar la economía general
del proceso.
Algunos defectos comunes en el proceso de fundición, originando fallas de calidad en los
productos son los siguientes (Torres. 2008):
Llenado Incompleto.
Junta fría.
Gránulos Fríos.
Rechupes.
Microporosidad.
3.2. Forjado
En el presente proyecto los elementos que componen las válvulas y la grifería, como los
monomandos, son fabricados gracias el proceso de forjado.
13
El forjado de piezas es un proceso de conformado, que utiliza la deformación plástica para
cambiar la forma de los segmentos metálicos. El proceso de forjado se define como la
compresión de dados opuestos en una pieza metálica, donde se imprime la cara de uno de los
dados sobre la pieza para obtener el trabajo requerido. Se puede realizar a temperatura ambiente
(forjado en frío) o a una temperatura elevada (forjado en caliente). (Torres, 2008).
3.3. Acabados superficiales
Todos los productos de elaborados por Fundición Pacífico cuentan con los acabados
superficiales necesarios para asegurar el funcionamiento y estética de los mismos.
Según Kalpakjian (2002), las operaciones de acabados superficiales pueden constituir una parte
importante en el tiempo de producción de las piezas. Varios de estos procesos son los siguientes:
3.3.1. Cepillos de Alambre: En este proceso la pieza se recarga contra un cepillo de alambre
redondo, girando a una alta velocidad. Las puntas del alambre producen ralladuras longitudinales
en la superficie en cuestión, creando una textura fina en la misma.
3.3.2. Acabado Vibratorio: Proceso que se utiliza para mejorar el acabado superficial de las
piezas, además de quitar las rebabas de grandes cantidades en las mismas. En esta operación se
colocan unas pastillas abrasivas de forma especial en un recipiente, junto con las partes que
muestran fallas, el recipiente vibra creando un impacto entre las piezas y pastillas, quitando las
aristas agudas y rebabas.
3.3.3. Pulido: Es un proceso que produce un acabado liso en la superficie de las piezas,
interviniendo mecanismos básicos como el suavizado y extendido de capas superficiales por
calentamiento de fricción durante el pulido.
3.3.4. Abrillantado: Proceso parecido al pulido, sólo con la excepción que se utilizan
componentes abrasivos más finos sobre discos suaves de tela o piel.
14
3.4. Proceso de Electro-Galvanizado
Este proceso es una de las formas más comunes para recubrir piezas metálicas, además de
proporcionar una gran resistencia a la corrosión de aceros. La función principal del electro-
galvanizado es proteger la superficie del metal sobre el cual se está aplicando el proceso
electroquímico de recubrimiento. (Portaconductores Ltda, 2008).
3.5. Cromado
El cromado es un proceso de galvanizado basado en la electrólisis, donde se deposita una fina
capa de cromo sobre objetos metálicos; esto permite proteger a las piezas de la corrosión, y les
otorga un mejor aspecto. El cromo brillante o decorativo es utilizado en las griferías domésticas
para suministrarle embellecimiento a sus diseños. (Groover, 1997).
3.6. Control Numérico
El control numérico es utilizado en la mayoría de las piezas de grifería y válvulas como un
proceso rápido mediante el cual se aseguran las tolerancias y procesos de mecanizado para el
buen funcionamiento de las partes que componen los productos.
El Control Numérico es un ejemplo de automatización programable, diseñada para adaptarse a
las variaciones en la configuración de los productos, en la cual una máquina se controla a través
de números, letras y otros símbolos.
La capacidad cambiante del programa del Control Numérico lo hace apropiado para volúmenes
de producción bajos o medios, dado que es más fácil escribir nuevos programas que realizar
cambios en las máquinas.
Esta maquinaria se aplica en una gran variedad de procesos, divididos en dos categorías:
aplicaciones con máquina-herramienta, tales como el taladrado, laminado, torneado, etc., y
aplicaciones sin máquina-herramienta, como lo son el ensamblaje, trazado e inspección.
(Groover, 1997).
15
3.7. Conceptos Básicos de Mecánica
Algunas definiciones utilizadas en este proyecto se describen a continuación:
3.7.1. Presión: Se define como la fuerza que ejerce un fluido sobre la unidad de superficie.
3.7.2. Caudal: Se llama caudal o gasto de un fluido al volumen de fluido que pasa por una
sección en la unidad de tiempo.
3.8. Conceptos Básicos de Productos de FP
Según la empresa Fundición Pacífico C. A. (2012), algunos conceptos relacionados con este
proyecto son:
Cartucho: Dispositivo utilizado para el accionamiento del agua dentro de los grifos, se
trata de una válvula reguladora de caudal que a su vez permite la regulación de temperatura,
producto de la mezcal dos corrientes de agua a distinta temperatura.
Aireador: Es un componente que permite ahorrar hasta un 50 % de agua, ya que los
aireadores le agregan aire al agua para hacer una mezcla de agua y burbujas, lo cual permite que
el agua salga con mayor presión y fuerza.
Estos componentes se pueden observar en la Figura 3.14, que se presenta a continuación:
16
Figura 3.13. Despiece de un grifo, con componentes. (Fuente: Tips Casa Año 2009)
Otros conceptos utilizados en la empresa Fundición Pacífico C.A. son:
Válvula Anti-retorno: Válvula cuyo objetivo es el de cerrar por completo el paso de un
fluido en un sentido, dejando el otro sentido libre.
Llave de Arresto con Filtro: Herramienta utilizada para regular el caudal del fluido, y
filtrar las impurezas.
3.9. Conceptos para el desarrollo del proyecto
Algunas definiciones utilizadas en el desarrollo de este proyecto se describen a continuación: Pistón Hidráulico: Son actuadores mecánicos, utilizados para obtener una fuerza a través de un recorrido lineal.
Válvula de Seguridad: Válvula que permite liberar un fluido al ser accionada en una determinada situación mecánica.
Válvula 5-2: Esta válvula es el componente que determina el camino que ha de tomar la corriente de agua, para accionar el mecanismo.
17
3.10. Proceso de Diseño
Pugh (1991) propone un modelo de proceso de diseño general aplicable a cualquier rama
profesional del diseño, y lo basa en dos elementos fundamentales: el núcleo central y las
especificaciones de diseño de producto. El núcleo central está formado por un conjunto de
actividades imprescindibles, independientemente del tipo de producto que se esté diseñando.
Dicho núcleo consta de los siguientes elementos observados en la Figura 3.8.1:
Figura 3.8.1. Modelo del proceso de diseño de Pugh (Fuente: Stuart Pugh Año 1991)
3.11. Ciclo de Vida del Producto dentro de la Empresa
En la empresa Fundición Pacífico C.A., se estableció hace cinco años un procedimiento para la
fabricación de nuevos productos, seleccionando los pasos más relevantes de los procesos
expuestos anteriormente.
Necesidades del Mercado
Especificaciones de Diseño
Diseño Conceptual
Diseño de Detalles
Fabricación
Ventas
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Este nuevo proceso se basa en la declaración de tres hitos principales, con sus respectivos
periodos de tiempo, como se ilustra en la Figura 3.8.2. Según Fundición Pacífico C.A. (2007), los
pasos más importantes de este proceso son los siguientes:
Declaración de Tendencia
La Declaración de Tendencia se refiere al comienzo de un proceso llamado Fuzzy Front End,
también declarado “Caos Creativo”, este es un período donde se utilizan varias metodologías de
trabajo, proponiendo ideas nuevas y sin limitaciones que se encuentren dentro de los
requerimientos del producto. Se trabaja en conjunto con los departamentos de Diseño, Ingeniería
Mecánica, Asesoría Comercial, Mercadeo e incluso Servicio Técnico.
Master Plan o Aprobación para producción
Este hito representa la elaboración de documentos oficiales que presentan soluciones para la
elaboración final del producto, acompañados de un prototipo que cumpla con los requerimientos
establecidos. Posterior a esto, se procede a la aprobación para la producción, donde los socios de
la empresa, la Gerencia de Manufactura, la Gerencia de Calidad y el autor del diseño certifican el
producto. Posee un tiempo estimado de noventa (90) días máximo.
Time to Market (Tiempo para la venta)
En este período se realiza la ejecución del primer lote de producción, donde se incluye la
creación de herramientas, modificaciones propias de la producción industrial, empaques e
instructivos. Posee un tiempo estimado de seis a nueve meses, luego de la aprobación para
producción.
19
Figura 3.8.2. Ciclo de Vida del Producto (Fuente: Fundición Pacífico C.A. Año 2007)
3.12. Diseño Industrial
Según International Council of Societies of Industrial Design (lCSlD), el diseño industrial se
puede definir como:
Es la actividad creativa cuyo fin es establecer las cualidades de los objetos, procesos, servicios
y sistemas en todos sus ciclos de vida. Asimismo, el diseño es el factor central de la innovación y
la humanización de la tecnología y el factor crucial del cambio cultural y económico.
3.13. Diseño Conceptual
El diseño conceptual para Pugh (1991), representa el conjunto de los subsistemas y
componentes que forman el sistema completo. Para ello, es en esta fase del diseño conceptual
donde hay que trabajar con ideas, al mismo tiempo que con generación de soluciones. Está
claramente orientado al diseño de productos, considera el producto final como una respuesta del
diseñador a una necesidad existente en el mercado y establece una serie de pasos que deben guiar
todo proceso de diseño hasta llegar a una solución lo más adecuada posible, que considere la
factibilidad del producto.
20
3.14. Diseño de Detalle
En general, el diseño de detalle está relacionado con el diseño de subsistemas y componentes
que integran el conjunto, independientemente de la naturaleza del producto. Todos estos
componentes estarán en mayor o menor grado definidos en la fase de diseño conceptual, pero
pueden variar considerablemente en la de detalle debido a distintas alternativas de fabricación,
conocimientos sobre materiales, nuevas tecnologías, formas, etc. (Universidad de Sevilla, 2011).
Algunos aspectos generales a destacar en el diseño de detalle son:
o Nunca se debe llevar a cabo sin referirse al diseño conceptual obtenido en la fase
previa.
o La interacción entre los diferentes subsistemas o componentes que intervienen en
el diseño debe considerarse junto con las restricciones que cada uno de ellos
impone. Hay que considerar cuáles de ellos son más importantes en el diseño
global.
o El propio acto de definir un componente dentro de un sistema impone
restricciones en el mismo.
o Generalmente, la reducción en la variedad de componentes conduce a una
reducción de tiempos y a un menor coste del producto.
o Es conveniente diseñar pensando cómo se va a fabricar o instalar.
3.15. Prototipo
Según Acalle (2006),
Los prototipos son una representación limitada de un producto, permite a las partes
involucradas probarlo en situaciones reales o explorar su uso, creando así un proceso de diseño
de iteración.
Para acelerar el proceso de construcción de prototipos, se ha desarrollado una nueva tecnología
de construcción rápida, la cual ofrece las siguientes ventajas (Kalpakjian, 2002):
21
Se pueden fabricar modelos físicos de piezas producidas con archivos de datos de Diseño
Asistido por Computadora (CAD) en cuestión de horas, para permitir una evaluación rápida de
la facilidad de fabricación y eficacia del diseño. Es una herramienta importante para visualizar
y verificar el concepto.
Con los materiales adecuados, se puede usar el prototipo en operaciones futuras de
manufactura, para obtener piezas definitivas. De esta forma, este procedimiento rápido de
prototipos es una importante tecnología de manufactura.
3.16. Diseño Asistido por Computadora
Computer-aided design (CAD) es el uso de programas computacionales para crear
representaciones gráficas de objetos físicos ya sea en segunda o tercera dimensión (2D o 3D). El
software CAD puede ser especializado para usos y aplicaciones específicas. CAD es ampliamente
utilizado para la animación computacional y efectos especiales en películas, publicidad y
productos de diferentes industrias, donde el software realiza cálculos para determinar una forma y
tamaño óptimo para una variedad de productos y aplicaciones de diseño industrial.
En diseño industrial y de productos, CAD es utilizado principalmente para la creación de
modelos de superficie o sólidos en 3D, o bien, dibujos de componentes físicos basados en
vectores en 2D. Sin embargo, CAD también se utiliza en los procesos de ingeniería desde el
diseño conceptual y hasta el layout de productos, a través de fuerza y análisis dinámico de
ensambles hasta la definición de métodos de manufactura. (Siemens, 2012)
Un ejemplo de software tipo CAD, es Autodesk Inventor, utilizado en la empresa Fundición
Pacífico C.A. como una herramienta para el diseño y modelado de sus productos y moldes. Según
Autodesk Latinoamérica (2012), el software de diseño Inventor:
El software de CAD en 3D, Autodesk® Inventor®, ofrece una gama completa y flexible de
programas para diseño mecánico en 3D, simulación de productos, creación de herramientas,
ingeniería a la carta y comunicación de diseños.
22
Otro ejemplo de programas de CAD es SolidWorks, software utilizado en la Universidad
Simón Bolívar para el modelado 3D de piezas y en la ejecución de esta pasantía. Según Dassault
Systemes (2012), este programa se define como:
El software SolidWorks 3D CAD, proporciona de diseño en 3D para crear rápidamente piezas,
ensamblajes y dibujos en 2D con una formación mínima. Las herramientas específicas de la
aplicación para chapa metálica, las piezas soldadas, las superficies, así como moldes,
herramientas y troqueles, simplifican la creación de diseños excelentes.
3.17. Sucesión de Fibonacci
La Sucesión de Fibonacci es empleada en este proyecto con la finalidad de generar un aspecto
atractivo en el diseño del grifo Cobra, lo cual contribuyó con el diseño industrial final del
producto.
Según Viana Martínez (2011), la sucesión de Fibonacci se describe como la sucesión de
números enteros en la que cada término es igual a la suma de los números anteriores. Esta
sucesión recibe este nombre por Leonardo de Pisa (1170-1240), más conocido por Fibonacci
(hijo de Bonaccio).
Algunas de las propiedades más relevantes de la Sucesión de Fibonacci son:
1. Usando los términos de la sucesión de Fibonacci se generan los rectángulos de
dimensiones iguales a los términos de la sucesión, expresadas, por ejemplo, en
centímetros.
Tal como se observa en la Figura 3.11.1, los rectángulos con estas dimensiones encajan
perfectamente entre sí, como piezas de un rompe-cabezas formando cuadrados, de
tamaños progresivamente mayores.
23
Figura 3.11.1. Rectángulos Fibonacci (Fuente: Viana Martínez 2011)
2. Uniendo rectángulos de dimensiones igual a los términos correlativos de la sucesión de
Fibonacci, se forma la llamada espiral de Fibonacci. (ver Figura 3.11.2)
Figura 3.11.2. Espiral de Fibonacci (Fuente: Viana Martínez 2011)
3.18. Número Áureo
El Número Áureo fue empleado en el proyecto cobra como herramienta para generar
proporciones que resulten armoniosas para el diseño industrial.
24
El número áureo, número de oro o número Fi (φ) recibe su nombre del escultor Fidias (siglo V,
Antes de Cristo). Se trata de un número algebraico irracional que surge de la división de dos
segmentos de una recta. Esta recta de divide en dos, manteniendo las siguientes proporciones: la
longitud total de la recta debe ser la suma de sus partes (a + b), el segmento más largo es a y el
segmento más corto es b. (ver Figura 3.13)
Figura 3.12. Segmento Áureo (Fuente: Viana Martínez Año 2011)
Esta proporción se encuentra tanto en algunas figuras geométricas como en la naturaleza. Puede
hallarse en elementos geométricos, en las nervaduras de las hojas de algunos árboles, en el grosor
de las ramas, en el caparazón de un caracol, en los flósculos de los girasoles, entre otros. (Viana
Martínez, 2011)
Esta relación entre los segmentos de una recta arroja el siguiente valor:
25
CAPÍTULO IV MARCO METODOLÓGICO
El presente proyecto presenta el diseño de dos productos diferentes, el primero denominado
Kinetic, que consiste en el diseño de conceptual y exploratorio de un producto siguiendo los
lineamientos de los diseñadores industriales; y el segundo Cobra, el cual se encuentra en fase de
diseño de detalles para su próxima fabricación.
Metodología basada curso de Metodología del Diseño, Universidad Simón Bolívar (2012).
4.1. Diseño Conceptual (KINETIC):
La siguiente metodología se presenta en estricta secuencia de realización, dicha secuencia
permite el establecimiento de las bases del diseño (especificaciones), la generación de ideas,
valoración de éstas y finalmente, la toma de decisión.
1. Establecimiento de la Necesidad: La necesidad es el problema que se busca resolver, y
dicho problema será establecido por el cliente.
2. Especificaciones: Se trata de una serie de ítems en los cuales se establecen de forma
clara todas las posibles características, como lo pueden ser los materiales y los servicios
necesarios para producir componentes destinados a la obtención de productos. Es decir,
las especificaciones son las condiciones de borde del problema. Ellas son las que acotarán
el espacio de soluciones de las que se dispondrán para el diseño.
26
3. Búsqueda de Información: Esta es la tercera fase del diseño, en la que se recopilan
soluciones existentes que se puedan aplicar al problema. Las soluciones se pueden
encontrar por múltiples fuentes, sin embargo, las más comunes son las siguientes:
Productos existentes en el mercado.
Patentes.
Analogías aplicadas en productos existentes o patentes.
Normas.
4. Análisis Funcional: Consiste en desglosar e identificar las distintas "funciones" que debe
cumplir el producto. Muchas de estas funciones serán activas, es decir, el producto debe
realizarlas a través de acciones, mientras que otras son pasivas, que son condiciones que
debe cumplir el producto.
Este método proviene de un método más complejo llamado Análisis de Valor, y uno de
los beneficios de aplicarlo radica en que permite dividir el problema inicial de diseño en
problemas más pequeños. El análisis puede expresarse por medio de un diagrama de
funciones, donde quedarán registradas las funciones en forma de esquema.
5. Generación de Ideas: En un proyecto de diseño, el objetivo primario es generar
soluciones. Este paso, según esta metodología, no debe llevarse a cabo antes de haber
desarrollado los ítems anteriores, de esta manera se asegura que la generación de ideas se
realice sobre bases sólidas de acuerdo con las especificaciones, el conocimiento adquirido
y las funciones determinadas.
Un mapa mental, en el cual se establezcan las funciones determinadas en la metodología,
y de éstas se derivan soluciones. Este es un método efectivo en el cual se divide el
problema y a estas subdivisiones se les otorga una serie de soluciones producto de la
creatividad del diseñador, de esta manera se le da un mayor provecho a dicha creatividad
en función de generar ideas.
27
6. Filtro de ideas: La generación de ideas no deja de ser un proceso abierto en el cual las
soluciones encontradas para cada una de las funciones no necesariamente pueden o deben
formar parte del resto de las soluciones; por esta razón, es necesario una evaluación de
dichas soluciones en conjunto.
Un cuadro morfológico es un método eficaz para el estudio de la interacción de las
soluciones en conjunto, consiste en permutar las soluciones, y mediante un análisis
rápido, estudiar la factibilidad de la solución global generada. Posterior a la ejecución de
este estudio, se procede a la realización de la toma de decisión.
7. Toma de decisión: La decisión final será resuelta por medio de Matriz de Decisión
La Matriz de Decisión consiste en evaluar las diferentes opciones generadas usando los
mismos criterios. Aunque el método goza de libertad a la hora de elegir los criterios y
peso de cada uno de ellos, se dan las siguientes recomendaciones:
El peso del criterio debe ir asociado a la criticidad en su proyecto.
La suma de los pesos de los criterios debe ser 100pts.
La "Factibilidad Técnica" se cumple o no se cumple. En caso de ser "No", se elimina la
opción o se pospone la decisión hasta cumplir con este criterio.
El puntaje de peso de cada criterio se debe repartir entre las diferentes opciones (la suma
de todas las opciones debe ser igual al peso del criterio).
Los pesos se distribuyen según el criterio del diseñador.
El puntaje más alto significa que es más beneficioso (ej. el costo con puntaje más alto
significa que es el de menor costo).
Se recomienda seleccionar los criterios y los pesos con un grupo multi-disciplinario para
evitar sesgos en la decisión.
Finalmente al contar con una decisión de la posible solución se procede con el desarrollo
de la misma.
28
8. Explicación de los subsistemas: Comprende el desarrollo y explicación de los
subsistemas o elementos que comprenden la solución.
9. Diseño del prototipo: está dirigido a demostrar la factibilidad de la solución
seleccionada. Su desarrollo comprenderá:
Consideraciones de fabricación.
Consideraciones funcionales.
Plan de pruebas.
10. Prototipo o partes construidas: Abarca las pruebas y el análisis de los resultados
obtenidos.
11. Ciclo de vida del producto dentro de la empresa: Ubicación del producto al finalizar el
proyecto, dentro de los procedimientos de diseño y producción de la empresa.
En la Figura 4.1, se puede observar el procedimiento empleado para la solución del diseño:
29
Figura 4.1. Procedimiento empleado en el Diseño Conceptual (Fuente: Elaboración Propia)
30
4.2. Diseño de Detalle (COBRA):
La metodología empleada para lograr el diseño del proyecto ¨Cobra¨ consistió en una serie de
pasos lógicos que mantuvieran un orden en el proceder, cuyo fin era aumentar la posibilidad de
lograr el diseño según sus requerimientos. Los pasos establecidos fueron los siguientes:
1. Estatus del Proyecto: Consiste en la definición y caracterización de la situación del
diseño al momento de iniciar el proyecto. Si el proyecto está avanzado se analizan las
dificultades y progresos presentados durante el proceso de diseño.
En conjunto con las especificaciones, permite visualizar los futuros pasos a tomar.
Generalmente, en este tipo de proyectos, se encuentra fuertemente determinado por las
especificaciones.
2. Especificaciones: Se trata de una serie de ítems en los cuales se establecen de forma
clara todas las posibles características, como lo pueden ser los materiales y los servicios
necesarios para producir componentes destinados a la obtención de productos. Es decir,
las especificaciones son las condiciones de borde del problema. Ellas son las que acotarán
el espacio de soluciones de las que se dispondrán para el diseño.
3. Soluciones: Dependiendo del tipo de proyecto las soluciones pueden clasificarse en dos
grupos:
Soluciones Mecánicas: Comprende todos los aspectos técnicos y su evolución
para lograr darle vida al diseño, al cumplir con todos los aspectos que aseguren
su factibilidad.
Soluciones de Diseño Industriales: Su finalidad es crear o modificar objetos o
ideas para hacerlos útiles, prácticos o atractivos visualmente, con la intención de
satisfacer las necesidades del ser humano, adaptando los objetos e ideas no sólo
en su forma sino también las funciones de éste, su concepto, su contexto y su
escala, buscando lograr un producto final innovador.
31
4. Diseño Final: Está determinado por la posibilidad del cumplimiento de todos sus
aspectos técnicos. Para finalmente proceder a la elaboración del prototipo y futuras
pruebas del mismo.
5. Ciclo de vida del producto dentro de la empresa: Ubicación del producto al finalizar el
proyecto, dentro de los procedimientos de diseño y producción de la empresa.
En la Figura 4.2, se puede observar el procedimiento empleado para la solución del diseño:
Figura 4.2. Procedimiento empleado en el Diseño de Detalle (Fuente: Elaboración Propia)
32
CAPÍTULO V DESARROLLO DE LA SOLUCIÓN
En este capítulo se desarrollan los resultados producto de la metodología explicada
anteriormente. En primer lugar se presentará el proyecto relacionado con el diseño conceptual
Kinetic, seguido por el diseño de detalle a través del proyecto Cobra.
5.1. KINETIC (Diseño Conceptual)
El Departamento de Investigación y Desarrollo (R&D) de la empresa Fundición Pacífico
decidió emprender la creación de un diseño innovador de carácter conceptual dirigido a la grifería
del hogar, específicamente orientado al sector de la cocina, con lo cual el proyecto adquirió
especificaciones inherentes a dicho sector. La fortaleza del diseño, en cuanto a la innovación,
radicaría en la cualidad de que el grifo cuente con la posibilidad de movimiento automático
accionado por la voluntad del usuario. Por estas razones, el nombre otorgado al proyecto fue
“Kinetic”.
De acuerdo con una investigación llevada a cabo por el departamento R&D, no existían
productos en el mercado de grifería que contaran con dicha cualidad, este hecho le otorgó al
proyecto una gran importancia a nivel de mercado.
Se debía llevar a cabo la elaboración de un prototipo que demostrara la factibilidad del diseño,
así como las posibilidades de ser fabricado por parte de la empresa. En función de lo anterior se
establecieron especificaciones concretas para el diseño.
33
5.1.1. ESPECIFICACIONES
Especificaciones del producto que debieron tenerse en cuenta al momento de diseño y
fabricación del prototipo generadas por el Departamento de Investigación y Desarrollo:
Funcionales:
Peso máximo: 10kg.
Dimensiones máximas: 40cm ancho y largo, 60cm de altura.
Autonomía de operación: Posibilidad de ser instalado por el cliente. Debe contar
con algún tipo de movimiento automático que dependa de la voluntad del usuario.
Potencia consumida: Mecánica, hidráulica o ambas.
Potencia entregada: La necesaria para cumplir el requerimiento de movimiento.
Régimen de trabajo: Soportar las presiones estándar del hogar (3 bar).
Tipo de alimentación: No eléctrica.
Condiciones ambientales y entorno:
Fabricación: La realización del prototipo debe ser llevada a cabo sólo con
elementos cuya fabricación esté dentro de las limitaciones de la planta (evitar
componentes electrónicos o eléctricos) o con los cuales se cuenten dentro de la misma
tales como sellos, tornillos, materia prima, proveedores de la empresa, entre otros.
Transporte: Cualquier tipo de transporte. Para ser instalado y quedar en
funcionamiento.
Embalaje: Cajas de cartón y poliestireno expandido con un nivel medio de
protección.
Exposición y Venta: Como producto de grifería.
Temperatura: Temperatura ambiente, sin repercusiones en el equipo.
Humedad: Requiere protección ante valores de humedad considerables llegando a
tener contacto directo con agua, uso de materiales anticorrosivos.
Higiene: Mantenimiento de las condiciones de trabajo del dispositivo.
Tipo de Trabajo: Manual.
Espacio físico y entorno: Cocina.
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Usuario:
Tipo de usuario esperado: Mayor de 5 años.
Interfaz: Sencillo, que no requiera mayor esfuerzo del usuario.
Ergonomía: De fácil manipulación, práctico y autónomo.
Interfaces:
Instalación: Instalado por el usuario o técnico de la empresa.
Vida de servicio:
Vida del producto: 5 a 10 años.
Modos de uso e intensidad: Cada vez que se use en la cocina, de tres a cinco
veces por día en promedio.
Mantenimiento:
Mantenimiento: Mantener sus condiciones de trabajo.
Cliente: Usuarios particulares y empresas de diseño e instalación de cocinas.
Costo del producto:
Costo del producto: Dependerá de los costos de fabricación.
Expectativa del cliente: Debe satisfacer la necesidad.
Medios de fabricación y procesos:
Diseño sencillo que facilite futuras producciones.
Elaborado con procesos de fabricación existentes dentro de la planta.
Los ensamblajes son hechos en la misma empresa.
Competencia:
Producto innovador en el mercado de cocina.
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Documentación:
Manual de uso e instalación.
Venta, uso y retirada:
Bajo impacto sobre el medio ambiente. Se estima su retirada debido a fallas del
sistema.
Elaborado con elementos reciclables.
Otras especificaciones
Poseer la posibilidad de surtir agua fría y caliente, así como también mezcla de
temperatura, reguladas por la voluntad del usuario.
El mecanismo de funcionamiento debe garantizar la seguridad del usuario así
como también el buen funcionamiento del mismo.
Debe contar con la posibilidad de regular el caudal de agua.
Contar con las características típicas de un grifo de cocina como lo son: la
posibilidad de rotación, la altura adecuada que permita el lavado de los elementos propios
de la cocina y una caída de agua adecuada.
5.1.2. BÚSQUEDA DE INFORMACIÓN
Siguiendo los pasos de la metodología explicada anteriormente, en esta fase de búsqueda de
información se encontraron varias soluciones útiles que contribuyeron a resolver el problema
planteado en el proyecto de diseño conceptual. Dichas soluciones están enmarcadas en productos
y patentes existentes que cuentan con mecanismos de movimiento generados mediante fuerza
hidráulica.
En primer lugar, una de las fuentes de información más utilizada fue el caso de productos
existentes, los cuales se describen a continuación:
Simuladores de Movimiento con Sistema Hidráulico: En este artículo se pueden observar
las ventajas de utilizar sistemas hidráulicos para simular el movimiento de cargas pesadas
36
durante largos períodos de tiempo, como también acelerar y desacelerar dichas cargas
mientras éstas todavía se encuentran elevadas. En la Figura 5.1.1 se observa dicho
simulador. (Hydraulics & Pneumatics, 2012).
Figura 5.1.1. Simulador de sistema hidráulico (Fuente: Hydraulics & Pneumatics Año
2012)
Grúas de Cilindros: Existe un tipo de grúas denominada HIAB XS 1055, la cual
aprovecha al máximo las capacidades de control de los sistemas hidráulicos. Esta grúa se
encuentra disponible hasta con diez extensiones hidráulicas, ofreciendo una capacidad de
elevación de carga de 2.5 toneladas. Esta grúa se puede apreciar en la Figura 5.1.2
(Hydraulics & Pneumatics, 2012).
37
Figura 5.1.2. Grúa Hiab XS 1055 (Fuente: Hydraulics & Pneumatics Año 2012)
Poder del Fluido en los Teatros: En este artículo se describe la utilización de
herramientas que poseen sistemas hidráulicos para producciones teatrales en Broadway,
Estados Unidos. Dentro de estas obras de teatro, se necesita generar movimientos que
requieran de mucha fuerza, rapidez y precisión; características que otorgan los sistemas
hidráulicos. En la Figura 5.1.3 se puede observar la utilización de la hidráulica.
(Hydraulics & Pneumatics, 2012).
38
Figura 5.1.3. Carro elevado por un mecanismo hidráulico. (Fuente: Hydraulics &
Pneumatics Año 1992)
Por otra parte, otra fuente utilizada para la búsqueda de información fue a través de patentes; en
este caso se encontraron dos:
Puerta Corredera para la Instalación de un Ascensor: En esta patente se puede observar
un mecanismo de puerta corrediza que se utiliza para la instalación de un ascensor, el
cual por medio de un pistón despliega las hojas de la puerta del ascensor. Este mecanismo
cuenta a su vez, con un dispositivo de bloqueo que está acoplado con el eje de
accionamiento de la puerta corredera. En la Figura 5.1.4 se presenta un esquema de la
patente. (Espacenet, 2012)
39
Figura 5.1.4. Esquema de la puerta corrediza. (Fuente: Espacenet Año 2012)
Ascensor Hidráulico con Contrapeso: A través de esta patente se describe el
funcionamiento de un ascensor hidráulico que posee un pistón hidráulico y un contrapeso,
los cuales se encuentran directamente atados. Se puede observar en la Figura 5.1.5 dicho
ascensor. (Espacenet, 1998)
Figura 5.1.5. Ascensor hidráulico, vista horizontal. (Fuente: Espacenet Año 1998)
40
5.1.3. ANÁLISIS FUNCIONAL
La finalidad del análisis funcional fue aplicar una metodología en función de lograr un diseño
que cumpliera con las especificaciones establecidas para este proyecto.
Dicha metodología está dirigida a la generación de diseños conceptuales lo cual es adecuado
para el proyecto “Kinetic”; comprende la realización y estudio del diagrama de funciones, mapa
mental, cuadro morfológico, matriz de decisión para finalmente llegar a la toma de decisión,
momento en el cual se inicia el diseño de la solución hallada.
1-. Diagrama de Funciones
En este procedimiento se desglosaron e identificaron las distintas “funciones” que debe
cumplir el producto (ver Figura 5.1.6). Dichas funciones fueron establecidas por medio de las
especificaciones encomendadas para este proyecto; éstas representan la base del diseño.
41
Figura 5.1.6. Diagrama de Funciones (Fuente: Elaboración propia)
KINETIC
Garantizar seguridad
Almacenamiento
Suministro de aguaReutilizable
Instalación
Movilidad
Accionamiento
Ahorro de energía
Seguridad de mecanismo
Seguridad de usuario
Evitar corrosión
Evitar desgaste o defectos
superficiales por roce
Evitar daños físicos en el
usuario
Interacción mínima con el
usuario
Desinstalación sencilla
Ser compacto
Automática
Movilidad útilMovilidad artística
Ambas movilidades
Sistema preferiblemente
monoestable
Manual
Posibilidad de rotación del
grifo
Sencillo a voluntad del
usuario
Acción del sistema tipo
grifo
Acción múltiple grifo + móvil
Acción del sistema móvil
Graduar a voluntad del
usuario
Caudal Temperatura
Agua caliente
Agua fría
Agua mezclada
No utilizar electricidad ni
electrónica Resistente
42
2-. Mapa Mental
Para registrar el proceso de generación de ideas basado en el diagrama de funciones anterior y
por ende en las especificaciones, se realizó un mapa mental, Figura 5.1.7, el cual resultó ser un
método eficiente que permitió visualizar posibles soluciones de forma modular, para luego ser
integradas y evaluadas.
De esta manera, se logró clasificar las soluciones según su función y especificación dentro del
diseño; asimismo, se facilita la realización del estudio de dichas soluciones mediante un cuadro
morfológico.
43
Grifo MóvilKINETIC
Uso de agua fría para el mecanismo y agua fría-caliente para el
grifo
Energía
Accionamiento
Obtención de agua fría y caliente
Línea de agua de la vivienda
Uso de mezcla de temperaturas de agua
para el funcionamiento
1D 2D
Separado
Accionamiento combinado
Accionamiento para salida de agua por el
grifo
Accionamiento por el movimiento
Cartucho (Joystick o Manilla)
Elemento rotativo
Pulsador
1C
1E
2E
Cartucho + movimiento
1F
Movilidad
Seguridad
Movimiento de agua
Presión
Mecanismos con engranajes
Turbina
Pistón hidráulico
3B
2B
1B
Grifo oculto
Movimiento único (gesto)
Grifo con compartimiento
1A
2A
3A
Mecanismo
Usuario
Mecanismo de sellado interno del
funcionamiento
Partes móviles fáciles de desacoplar ante
obstrucciones
Figura 5.1.7. Mapa Mental (Fuente: Elaboración propia).
44
3-. Cuadro Morfológico
El cuadro morfológico presentado en la Tabla 5.1.1, fue constituido a través de las
combinaciones de las soluciones obtenidas para cada una de las funciones establecidas en el
mapa mental anterior, de esta manera se evaluaron las configuraciones obtenidas (ver Figura
5.1.7). Para su elaboración, se tomaron en cuenta los siguientes aspectos:
Las opciones de seguridad, tanto del mecanismo como del usuario, tienen una solución
única, por lo tanto no fueron tomadas en cuenta en las permutaciones generadas; no
obstante, si fueron incluidas en la solución final.
Las soluciones del accionamiento separado (¨C¨ y ¨E¨) pueden ser integradas, pero las
mismas no pueden entrar dentro de una solución con la categoría de Accionamiento
Combinado (¨F¨) dado que la interacción de las dos soluciones es imposible, a pesar de
que pertenecen a una misma categoría o función, estas soluciones son opuestas.
Las soluciones carentes de sentido, que estén al margen de las especificaciones o que
resulten mecánicamente improbables fueron descartadas; esta es la razón por la cual de la
gran cantidad de permutaciones posibles, sólo se tomaron en cuenta catorce en la
elaboración del cuadro morfológico.
Tabla 5.1.1. Cuadro Morfológico. (Fuente: Elaboración Propia)
A B D C1 + E F
Opción 1 1A Grifo Oculto
2B Mecanismo
con engranaje
1D Uso de mezcla
de temperaturas
para el funcionamiento
1E Pulsador N/A
Opción 2 1A Grifo Oculto
3B Pistón
Hidráulico
2D *Agua fría -> Mecanismo
*Agua caliente/fría ->
Grifo
1E Pulsador N/A
Opción 3 1A Grifo Oculto
3B Pistón
Hidráulico
2D *Agua fría -> Mecanismo
*Agua
2E Elemento Rotativo
N/A
45
caliente/fría -> Grifo
Opción 4 1A Grifo Oculto
2B Mecanismo
con engranaje
1D Uso de mezcla
de temperaturas
para el funcionamiento
2E Elemento Rotativo
N/A
Opción 5 1A Grifo Oculto
2B Mecanismo
con engranaje
1D Uso de mezcla
de temperaturas
para el funcionamiento
N/A 1F
Cartucho + movimiento
Opción 6 1A Grifo Oculto
3B Pistón
Hidráulico
2D *Agua fría -> Mecanismo
*Agua caliente/fría ->
Grifo
N/A 1F
Cartucho + movimiento
Opción 7 1A Grifo Oculto
3B Pistón
Hidráulico
1D Uso de mezcla
de temperaturas
para el funcionamiento
2E Elemento Rotativo
N/A
Opción 8 2A
Movimiento único (gesto)
1B Turbina
1D Uso de mezcla
de temperaturas
para el funcionamiento
N/A 1F
Cartucho + movimiento
Opción 9 2A
Movimiento único (gesto)
2B Mecanismo
con engranaje
1D Uso de mezcla
de temperaturas
para el funcionamiento
N/A 1F
Cartucho + movimiento
Opción 10 2A
Movimiento único (gesto)
3B Pistón
Hidráulico
2D *Agua fría -> Mecanismo
*Agua caliente/fría ->
Grifo
1E Pulsador N/A
Opción 11 3A
Grifo con compartimiento
1B Turbina
1D Uso de mezcla
de temperaturas
1E Pulsador N/A
46
4-. Matriz de Decisión
La matriz de decisión, Tabla 5.1.2, es el último paso para concretar una posible solución. Para
conocer cuál de las opciones del cuadro morfológico reúne la mayor posibilidad de éxito para el
proyecto, se establecen una serie de criterios con su respectiva valoración mediante los cuales se
determina la solución más factible. Para este estudio, se establecieron los siguientes criterios:
Factibilidad Técnica: dirigida a si es posible hallar la solución técnica al diseño. Se
cumple o no se cumple.
Manufactura: facilidad de fabricación única o de gran producción. Entre mayor sea el
puntaje, más factible es el diseño.
Corrosión: para este proyecto la corrosión por humedad juega un papel importante, dado
que este producto operará bajo gran humedad. Entre mayor sea la puntuación, mayor será
la defensa ante la corrosión.
Mantenimiento: este criterio es subjetivo, se basa en la estimación del posible
mantenimiento que requiera el producto. A mayor puntuación, se estima una menor
necesidad de mantenimiento.
para el funcionamiento
Opción 12 3A
Grifo con compartimiento
3B Pistón
Hidráulico
2D *Agua fría -> Mecanismo
*Agua caliente/fría ->
Grifo
1E Pulsador N/A
Opción 13 3A
Grifo con compartimiento
2B Mecanismo
con engranaje
1D Uso de mezcla
de temperaturas
para el funcionamiento
2E Elemento Rotativo
N/A
Opción 14 3A
Grifo con compartimiento
1B Turbina
1D Uso de mezcla
de temperaturas
para el funcionamiento
2E Elemento Rotativo
N/A
47
Seguridad de Usuario y maquinaria: entre mayor sea la puntuación, más seguro será el
diseño para el usuario al evitarle posibles daños, de igual manera con respecto al
dispositivo el cual debe contar con mecanismos de seguridad.
Innovación y subproductos de interés: entre mayor sea el puntaje, más innovador será el
producto y además, los elementos que lo conforman podrían llegar a ser de interés para la
empresa como nuevos productos.
Cumplimiento de especificaciones: entre mayor sea el número de especificaciones que se
cumplan, mayor será el puntaje obtenido por la opción.
Tabla 5.1.2. Matriz de Decisión. (Fuente: Elaboración Propia)
Criterios (100 pts.)
Opciones
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14
Factibilidad
Técnica
(SI/NO)
NO SI SI SI SI SI NO NO SI SI NO SI SI NO
Manufactura
(20 pts.) - 2 4 2 1 2 - - 4 2 - 2 1 -
Corrosión (10
pts.) - 2 2 0 0 2 - - 0 2 - 2 0 -
Mantenimiento
(10 pts.) - 2 2 0 0 2 - - 0 2 - 2 0 -
Seguridad.
Usuario y
maquinaria (20
pts.)
- 3 3 2 2 3 - - 2 3 - 1 1 -
Innovación y
subproductos
de interés (20
pts.)
- 3 6 1 1 3 - - 1 3 - 1 1 -
Cumplimiento
de
especificaciones
(20 pts.)
- 3 3 2 2 3 - - 2 3 - 1 1 -
TOTAL - 15 20 7 6 15 - - 9 15 - 9 4 -
48
5-. Toma de Decisión
Al realizar el estudio del cuadro morfológico se determinó una posible configuración producto
de la permutación de las soluciones y su valoración, Figura 5.1.8.
Figura 5.1.8. Toma de decisión (Fuente: Elaboración propia).
6-. Diseños y Progresos del Prototipo
La configuración de la opción 3 fue la que obtuvo la mayor puntuación. Se desarrolló el
esquema de funcionamiento del diseño, Figura 5.1.9, en el cual se visualizan varios subsistemas
que representan elementos a diseñar; este esquema fue presentado ante el Departamento de
Investigación y Desarrollo y la Directiva de la empresa, recibiendo la aprobación para la
continuidad del producto.
En este diseño, el grifo estará oculto, como también se encontrarán ocultos los elementos
propios del fregadero, tales como la esponja y el jabón; los elementos de activación de
movimiento y accionamiento de agua estarán visibles. En la Figura 5.1.9, se muestra una
secuencia en la cual se visualiza el comportamiento que se espera del producto.
Opción 3: Grifo Oculto (1A), Pistón Hidráulico (3B), Uso de aguafría para el mecanismo y ambas
temperaturas para el grifo (2D), cartucho más elemento rotativo (1C + 2E)
Opción 2: 1A + 3B + 2D + 1C + 1E
Opción 6: 1A + 3B + 2D + 1F
Opción 10: 2A + 3B + 2D + 1C + 1E
1ER PUESTO
2DO PUESTO
49
Figura 5.1.9. Secuencia de elevación del producto (Fuente: Diseñador Industrial)
Se espera que el producto se encuentre empotrado y oculto en el área de cocina, contando con
dos accionadores, uno para el movimiento y otro para la salida de agua. Al accionar el
movimiento, se elevará el grifo y los contenedores de la esponja y jabón.
Se elaboró un esquema que se visualiza en la Figura 5.1.10, que contiene elementos diseñados
por el autor del proyecto y/o productos fabricados en la empresa, para obtener la secuencia
descrita anteriormente. Estos elementos se describen a continuación:
Las fuentes de agua fría y caliente: hacen referencia a las tomas de agua fría y caliente
con las cuales se cuentan en la cocina.
Accionador (1): es el elemento que activará el movimiento a través de la válvula 5-2.
Válvula 5-2 (2): esta válvula deberá accionar la salida y entrada del pistón hidráulico.
Pistón Hidráulico (4): es el elemento generador del movimiento, que incluye la salida y
entrada de los contenedores de jabón y esponja y del grifo. Además, debe accionar la
válvula de seguridad.
Válvula de Seguridad (7): deberá impedir la salida de agua por el grifo siempre que éste
se encuentre oculto en caso de que el usuario deje el accionador (2) en funcionamiento o
abierto permitiendo la salida del agua dentro del mecanismo de funcionamiento, esta
válvula es un elemento de seguridad.
Válvula anti-retorno (3): se encarga de impedir el retorno del pistón ante caídas de
presión en la línea de agua fría, causadas por el accionamiento del grifo. Con esta válvula
se aprovecha la incompresibilidad del agua para evitar el retorno de los elementos en
exposición o en movimiento.
50
Accionador (8): activa la salida y corte de agua a distintas temperaturas, el fluido será
dirigido al grifo.
Grifo (6): ducto que guía y asegura la salida adecuada del agua a distintas temperaturas.
Elementos Contenedores (5): son los que almacenan el jabón y la esponja.
Figura 5.1.10. Esquema de Funcionamiento (Fuente: Elaboración propia).
5.1.4. DISEÑO DEL PROTOTIPO
A. Diseño del pistón de pruebas
En función de demostrar la factibilidad del proyecto se decidió iniciar con el diseño del pistón
de pruebas (Planos Apéndices), de esta manera se estimaría la fuerza de empuje alcanzada por el
mismo en función de su dimensionamiento, todo esto, de acuerdo con las presiones estándares del
hogar; conociendo de esta manera la capacidad de carga con la que contaría el prototipo.
Elementos de Almacenamiento
Grifo
Accionador 1
Válvula 5-2 Monoestable
Pistón Hidráulico
Válvula Anti-retorno
Accionador 2
Válvula de Seguridad
Fuente de Agua Caliente
Fuente de Agua Fría
Movimiento
Línea de Agua
1
5 6
2
3
4
78
51
Cálculos Teóricos
Se lleva a cabo la estimación teórica de la fuerza generada por el pistón. Para este cálculo la
presión utilizada fue la presión estándar que se presenta en los hogares, en conjunto con las
dimensiones del pistón.
( )
( )
Para el cálculo del área
( ) ( ⁄ )
( ⁄ )
Para el cálculo de la fuerza
( )
Dada la magnitud de la fuerza estimada en el cálculo teórico anterior, se procede a la
fabricación del pistón en función de estimar la fuerza real generada por el prototipo.
Fabricación del Prototipo
Se fabricó el prototipo del pistón de pruebas utilizando barras y tubos de medidas entándar con
las cuales se contaba en la planta, con la finalidad de reducir el mecanizado y gasto de material.
(Ver Figura 5.1.11). Además, en la Figura 5.1.12, se presentan los componentes diseñados para el
prototipo. Los planos de las piezas se encuentran en la sección de Apéndices.
52
Figura 5.1.11. Prototipo del pistón de prueba (Fuente: Elaboración Propia)
Figura 5.1.12. Despiece de los componentes del pistón de prueba (Fuente: Elaboración Propia)
53
Prueba del Pistón
Los siguientes pasos demuestran el desarrollo de la prueba:
Esquema de la prueba: La prueba consistió en la evaluación del comportamiento del
pistón en cuanto a su capacidad de carga y presencia de fugas. Para ello, se variaron las
presiones de agua en operación de 1.5 bar a 3 bar, en una escala de 0.5 bar. Durante cada
cambio de presión se verificaron los dos puntos expuestos anteriormente.
Se cuenta con pesas de 9.1, 15.4 y 21 Kg; por esta razón se utilizaron combinaciones de
las mismas.
Ejecución de la prueba: Se realizó la prueba en el Banco de Pruebas de la empresa
Fundición Pacifico. Esto se puede observar en la Figura 5.1.13:
Figura 5.1.13. Prueba del funcionamiento del Pistón (Fuente: Elaboración Propia).
54
Resultados de la prueba: Los resultados se pueden observar en la Tabla que se presenta a
continuación:
Tabla 5.1.3. Resultados de la prueba pistón (Fuente: Elaboración Propia)
Presiones
(bar)
Carga Máxima
(Kg) Fugas
(SI – NO) 9.1 15.4 21
1.5 - - SI
2 - - SI
2.5 - SI
3 SI
Conclusiones:
- Carga Máxima: En la prueba realizada, para todo el rango de presiones, en cada punto
de medición se logró elevar al menos 9.1 Kg. Esto demuestra la posible factibilidad
del producto, dado que en general un sistema completo de grifería no supera los 2.5
Kg.
Para la presión de operación (estándar 3 bar) se logró elevar un peso máximo de 21
Kg. Se realizó la prueba con un peso combinado de 30.1 Kg, el cual según predice la
teoría debía ser elevado por el pistón; esto no sucedió debido a pérdidas por fricción
por los contactos con los O-Rings, fugas y el peso de los componentes del pistón.
- Fugas: Se exhibieron fugas moderadas en todo el proceso, estas fugas se presentaron a
través de las uniones roscadas, lo cual es un factor a tomar en consideración en futuras
pruebas.
A pesar de que los O-Rings no son el elemento más apropiado para el sellado en las
partes móviles, no se presentaron fugas a través de ellos.
55
- Fue notorio el sobredimensionamiento de las partes que componen el prototipo. Esto
será tomado en cuenta en futuros diseños.
Al quedar demostrada la factibilidad de carga producida por el pistón se procede con el diseño
del resto de los componentes del proyecto.
B. Diseño de la Válvula de Seguridad
La válvula de seguridad juega un papel importante dentro del producto Kinetic, tiene como
función obstruir el fluido en caso de que el usuario deje activado el Accionador 2, como se puede
observar en el esquema de funcionamiento (Ver Figura 5.1.10). Según dicho esquema, esta
válvula sería accionada gracias al fin de carrera del pistón hidráulico y a través de ella pasarían
los caudales de agua fría y caliente; posteriormente se impediría la continuidad del fluido
producto del retorno del pistón.
Al realizar un estudio del posible mecanismo del funcionamiento de la válvula, resultó
evidente que si la válvula se situara entre el Accionador 2 y el grifo, a través de ella solo pasaría
el caudal de salida del cartucho (ver Figura 5.1.14), lo cual facilitaría el diseño, por esta razón se
modificó el esquema.
56
Elementos de Almacenamiento
Grifo Móvil (Kinetic)
Accionador
Válvula 5-2 Monoestable
Pistón Hidráulico
Válvula Antiretorno
Accionador 2
Válvula de Seguridad
Fuente de Agua Caliente
Fuente de Agua Fría
Movimiento
Línea de Agua
1
5 6
2
3
4
78
Figura 5.1.14. Esquema de Funcionamiento Modificado (Fuente: Elaboración propia).
Dada la función que cumpliría la válvula dentro del sistema es necesario que la misma cuente
con un funcionamiento de carácter monoestable. Por esta razón, la válvula, posterior a su
accionamiento retornará a su posición inicial gracias a un resorte contenido en su interior. En la
Figura 5.1.15, se demuestra su funcionamiento en dos situaciones, pulsada y no pulsada (el
resorte no se muestra en la imagen), donde se visualiza en azul las líneas de corriente de agua que
demuestra el funcionamiento de la válvula.
(A) (B)
Figura 5.1.15. Esquema (A) Válvula de seguridad pulsada. (B) Válvula de seguridad no pulsada.
(Fuente: Elaboración propia).
57
En la Figura 5.1.16, puede visualizarse el comportamiento del fluido dentro de la válvula. Las
presiones de la Figura determinan la entrada y salida del fluido.
Figura 5.1.16. Comportamiento del fluido dentro de la válvula de seguridad. (Fuente: Elaboración
propia).
Fabricación del prototipo
En la fabricación del prototipo se presentaron dificultades en la selección del O-Ring colocado
en la sección cónica. La entrada y salida de las tomas de agua fueron diseñadas para su conexión
con las mangueras inoxidables M8 x 1 producidas por la empresa. A continuación se presentan
los elementos que conforman la válvula de seguridad (Ver Figura 5.1.17). Los planos de la
válvula de seguridad se encuentran en la sección de los Apéndices.
58
Disco (latón) O-Ring PR 014 O-Ring PR 023 Resorte
Tapa Inferior
(latón)
Tapa Superior
(latón) Vástago (latón)
Válvula
ensamblada
Figura 5.1.17. Componentes de la válvula de seguridad y ensamblaje. (Fuente:
Elaboración Propia)
Prueba de la Válvula de Seguridad
Los siguientes pasos demuestran el desarrollo de la prueba:
Esquema de la prueba: La prueba consistió en la evaluación de la válvula en cuanto a su
funcionalidad y presencia de fugas. Para ello, se variaron las presiones de agua en
operación de 1.5 bar a 3 bar, en una escala de 0.5 bar. Durante cada cambio de presión se
verificó la funcionalidad y fugas.
Ejecución de la prueba: Se realizó la prueba en el Banco de Pruebas de la empresa
Fundición Pacifico. Su funcionamiento se puede observar en la siguiente Figura:
59
(A) (B)
Figura 5.1.18. (A) Válvula de seguridad no pulsada. (B) Válvula de seguridad pulsada. (Fuente:
Elaboración propia).
Resultados de la prueba: Los resultados se pueden observar en la Tabla que se presenta a
continuación:
Tabla 5.1.4. Resultados de la prueba válvula de seguridad (Fuente: Elaboración Propia)
Presiones
(bar)
Funcionamiento Mecánico
(Correcto – Incorrecto)
Fugas
(SI – NO)
1.5 Correcto NO
2 Correcto NO
2.5 Correcto NO
3 Correcto NO
Conclusiones:
- Funcionamiento Mecánico: En la prueba realizada, para todo el rango de presiones, se
observó que la válvula de seguridad mantuvo un funcionamiento adecuado.
Tras varias repeticiones del accionamiento la válvula fugaba, ya que el O-Ring en la
parte cónica del vástago se salía de su asiento, bajo presiones de 3 bar. Esta falla
60
puede estar relacionada con la toma de decisiones realizadas respecto al proceso de
fabricación del prototipo, realizado por el Departamento de Matricería; en el cual se
dejó una amplia tolerancia en el canal donde se sitúa el O-Ring.
- Fugas: En general no se presentaron fugas excepto en la situación descrita
anteriormente.
- Fue notorio que en la medida en la cual se aumentaba la presión, el accionamiento de
la válvula requería un mayor esfuerzo, esto dado que el usuario debe vencer la presión
interna presente en la válvula. Dicho aumento del esfuerzo, no impidió el
accionamiento de la válvula.
Esta válvula mostró una gran eficiencia, los problemas observados pueden ser solucionados
mediante modificaciones en la geometría del vástago.
C. Diseño de la Válvula 5-2
La válvula 5-2 juega un papel fundamental dentro del diseño del Kinetic, ya que ésta es la
encargada del accionamiento del pistón, el cual representa la fuente de generación de movimiento
del producto.
El diseño de la válvula debía facilitar la fabricación del prototipo, tanto de la válvula
individualmente como del sistema de funcionamiento. Se presenta a continuación la evolución de
los diseños estudiados y presentados al Departamento de Matricería, donde se llevaba a cabo la
evaluación de las dificultades para la fabricación del prototipo. (Ver Tabla 5.1.5)
61
Tabla 5.1.5. Evolución del diseño de la válvula 5-2 (Fuente: Elaboración Propia)
Imagen Descripción
Este fue el primer modelo de la válvula
5-2, descartado por la geometría
rectangular de la camisa que dificultaba
su fabricación.
Segundo diseño de la válvula, descartado
por problemas relacionados con sus
sellos interiores, los cuales se prevé que
pueden desgastarse rápidamente dadas
las perforaciones presentes en la camisa.
62
Esta válvula podría clasificarse como una
válvula tipo 2-2. Fue descartada por
dificultades de fabricación, se requería
teflón para su funcionamiento interno y
no se contaba con el mismo dentro de la
planta. No es un modelo que haya sido
descartado por su funcionalidad.
Este cuarto diseño fue descartado por sus
dificultades previstas al momento de
realizar el armado de la válvula.
Este fue el modelo final presentado.
El diseño final contiene un resorte, el cual le otorga características monoestables a la válvula;
su fabricación es más sencilla que el de los modelos anteriores; y requiere el uso de retenes
internos que mantengan los discos de su interior estáticos.
63
El diseño elegido para esta válvula tiene como finalidad demostrar la factibilidad del
mecanismo de funcionamiento interno del Kinetic.
Dada la función que cumpliría la válvula dentro del sistema es necesario que la misma cuente
con un funcionamiento de carácter monoestable. Por esta razón, la válvula, posterior a su
accionamiento retornará a su posición inicial gracias a un resorte contenido en su interior. En la
Figura 5.1.19, se demuestra su funcionamiento en dos situaciones, pulsada y no pulsada (el
resorte no se muestra en la imagen)
(A)
(B)
Figura 5.1.19. Esquema (A) Válvula 5-2 pulsada. (B) Válvula 5-2 no pulsada. (Fuente:
Elaboración propia).
64
Fabricación del prototipo
La fabricación del prototipo presentó dificultades en la selección de los O-Rings colocados en
las secciones cónicas. La entrada y salida de las tomas de agua fueron seleccionadas para su
conexión con las mangueras inoxidables M8 x 1 producidas por la empresa. A continuación se
presentan los elementos que comprenden la válvula 5-2 (Ver Figura 5.1.20). Los planos de la
válvula 5-2 se encuentran en la sección de los Apéndices.
65
Vástago 3 Vástago 2 Vástago 1
O-Ring PR 014 O-Ring PR 021 Disco 1
O-Ring PR 023 Disco 2 Camisa Válvula 5-2
Tapa 1 Tapa 2 Retén De=28.1mm
Retén De=34.4mm
Figura 5.1.20. Componentes de la válvula 5-2. (Fuente: Elaboración propia).
66
Prueba de la Válvula 5-2
Los siguientes pasos demuestran el desarrollo de la prueba:
Esquema de la prueba: Se variaron las presiones de agua en operación de 1.5 bar a 3 bar,
en una escala de 0.5 bar. Durante cada cambio de presión se verificaron la funcionalidad y
presencia de fugas.
Ejecución de la prueba: Se realizó la prueba en el Banco de Pruebas de la empresa
Fundición Pacifico. Esto se puede observar en la Figura 5.1.21:
(A) (B)
Figura 5.1.21. (A) Válvula 5-2 pulsada. (B) Válvula 5-2 no pulsada. (Fuente: Elaboración
propia).
Resultados de la prueba: Los resultados se pueden observar en la 5.1.6:
67
Tabla 5.1.6. Resultados de la prueba válvula 5-2 (Fuente: Elaboración Propia)
Presiones
(bar)
Funcionamiento Mecánico
(Correcto – Incorrecto)
Fugas
(SI – NO)
1.5 Correcto SI
2 Correcto SI
2.5 Correcto SI
3 Correcto SI
Conclusiones:
- Funcionamiento Mecánico: En la prueba realizada, para todo el rango de presiones, se
observó que la válvula 5-2 mantuvo un funcionamiento adecuado, en lo que respecta a
su mecánica.
Tras varias repeticiones la válvula fugaba ya que varios de los O-Ring PR 014,
colocados en la parte cónica del vástago se salían en el momento en el cual la válvula
operaba a una presión de 3 bar. Esta falla puede estar relacionada con la toma de
decisiones realizadas respecto al proceso de fabricación del prototipo, realizado por el
Departamento de Matricería; en el cual se dejó una amplia tolerancia en el canal
donde se sitúa el O-Ring.
- Fugas: Durante el diseño de la válvula, no se estimaron las tolerancias respecto a la
movilidad de los vástagos y su posición final cuando éstos poseen los O-Rings; es
decir, cuando la válvula, esté no accionada, las secciones cónicas no estarán en las
posiciones adecuadas dados que los O-Rings ocupan un espacio no considerado en el
diseño.
- Es necesario reducir los espesores de pared de la válvula en lo posible, y rediseñar el
vástago para tomar en cuenta las nuevas tolerancias.
68
Esta válvula mostró una gran eficiencia, los problemas observados pueden ser solucionados
mediante modificaciones en la geometría del vástago. Esto fue constatado al variar las
separaciones existentes entre los vástagos por medio de sus roscas.
D. Diseño del Mecanismo de Elevación
El mecanismo de elevación establecerá la configuración definitiva de los elementos que
componen el Kinetic, además representa el principal factor en función de definir las dimensiones
del producto final.
Dado que se estima que el producto se encuentre empotrado en el tope de la cocina, la
dimensión vertical jugará un papel importante, ésta no debe superar los 60 cm, puesto que en la
mayoría de las configuraciones de fregaderos a esta distancia se encontrarán las tuberías de carga
y descarga de fluidos del fregadero.
Además, el mecanismo de elevación debe permitir la posibilidad de que el grifo al ser elevado
cumpla con las especificaciones inherentes al mismo, como una altura adecuada y la capacidad
de rotación. A continuación se demuestra la evolución de los diseños elaborados para dar
solución al mecanismo de elevación (Ver Tabla 5.1.7).
69
Tabla 5.1.7. Evolución del mecanismo de elevación (Fuente: Elaboración Propia)
Imagen Descripción
En este diseño el grifo sería elevado
verticalmente gracias a la acción del
pistón, y adquiría su posición y
ángulo de inclinación por medio de
unas guías colocadas a sus lados.
Este modelo fue descartado dado
que la dimensión vertical estaría
alrededor de los 50 a 60 cm, esto
implicaba un diseño con
dimensiones cercanas a las
limitaciones planteadas en las
especificaciones; además no se
aseguraba que el grifo contara con
rotación.
Segundo diseño del mecanismo de
elevación, el cuerpo del grifo se
elevaría y posteriormente se
desplegaría el pico. Este diseño se
descartó dadas sus complicaciones
técnicas, sus dificultades respecto a
rotar y suministrar agua.
70
Este modelo contenía unas guías
que lo colocarían en su posición
final en el momento en el cual el
pistón culminara su carrera. Este
modelo fue descartado dado que la
dimensión vertical estaría alrededor
de los 50 a 60 cm, esto implicaba un
diseño con dimensiones cercanas a
las limitaciones planteadas en las
especificaciones; además no se
aseguraba que el grifo contara con
rotación.
En este diseño, la elevación vertical
del pistón ocasionaba el movimiento
inclinado del grifo por medio de
unas guías. Este modelo contaba con
una dimensión vertical de 40 a 50
cm, la cual era más aceptable que
los modelos anteriores; pero el
ancho, según las especificaciones,
no podía superar los 10 cm, y en
este diseño era de 17 cm, por lo cual
fue descartado.
71
Este quinto diseño pretendía elevar
el grifo al transformar el
movimiento horizontal del pistón,
en movimiento vertical, por medio
de unas guías. La dimensión vertical
se encontraba entre los 35 y 45 cm,
y el largo estaba cercano a los 50
cm. La dificultad de este diseño se
encontraba en la selección de
dimensiones para el funcionamiento
y la selección del material.
Diseño final seleccionado, descrito a
continuación.
Como se pudo observar en la Tabla anterior, la solución seleccionada consiste en un elevador
de tipo tijeras, esta configuración resultó ser la más compacta ya que en su dimensión vertical se
encuentra entre los 30 y 40 cm, su largo es de 40 cm y el ancho de 10 cm. Se reducen las
dimensiones del pistón (carrera igual a 82 mm), esto es posible gracias a que la carrera no
necesita ser igual a la longitud de salida del grifo (principal inconveniente de los modelos
anteriores); además, esta configuración permite una altura adecuada, así como también la
72
posibilidad de rotación para el funcionamiento del grifo. En la Figura 5.1.22, se señalan algunos
de los elementos que componen el mecanismo.
Figura 5.1.22. Disposición General de los componentes (Fuente: Elaboración Propia)
Posterior a la selección del diseño, se realiza una última modificación en el esquema de
funcionamiento (Ver Figura 5.1.23), el cual se presenta a continuación. En este esquema los
elementos (3) y (10) son productos que ya fabricados en la empresa.
El elemento (3) es una válvula check de media pulgada, cuyo funcionamiento fue expuesto
anteriormente. El elemento (10) consiste en una llave de arresto en cada toma de agua, que tiene
las funciones de filtro, que evita la entrada de impurezas en el sistema, y regulación de caudal,
esto implica la posibilidad de controlar la velocidad de elevación de los elementos. Los elementos
(3) y (10) se encuentran en la sección de los apéndices.
2
4
7
9
8
6 5
1
3 10
Componentes
1.- Accionador
2.- Válvula 5-2 Monoestable
3.- Válvula Anti-retorno
4.- Pistón
5.- Contenedores (esponja y jabón)
6.- Grifo
7.- Válvula de Seguridad
8.- Accionador 2 (cartucho)
9.- Elevador de Tijeras
10.- Llave de Arresto
73
Otra modificación notable, es que en el nuevo esquema de funcionamiento el Accionador 2 (8)
no es elevado, es decir este permanece estático como puede observarse en la Figura siguiente.
Elementos de Almacenamiento
Grifo Móvil (Kinetic)
Accionador
Válvula 5-2 Monoestable
Pistón Hidráulico
Válvula Antiretorno
Accionador 2
Válvula de Seguridad
Fuente de Agua Caliente
Fuente de Agua Fría
Movimiento
Línea de Agua
1
5 6
2
3
4
78
Mecanismo de Elevación 9
Llave de Arresto
Llave de Arresto
10
Figura 5.1.23. Esquema de Funcionamiento Modificado 02 (Fuente: Elaboración propia).
Fabricación del prototipo
Para la fabricación del mecanismo, se seleccionaron distintos materiales, esta selección se basó
tanto en las propiedades de los materiales, así como también su disponibilidad dentro de la planta.
Las uniones de los elementos se realizó mediante retenes para ejes de 4mm. Las piezas fueron
fabricadas en el Departamento de Matricería (Planos en la sección de los Apéndices). En la
siguiente Tabla 5.1.8 se exponen las piezas que componen el elevador de tijeras:
74
Tabla 5.1.8. Piezas que componen el elevador de tijeras.
Imagen Nombre / Material Fabricación
Barras de unión lateral (4
piezas) / Acero Bohler Mecanizado
Barras para pasadores y de
guía (12 piezas) / Latón Mecanizado
Pasadores (8 piezas) /
Nylon Mecanizado
Como se expuso anteriormente, las dimensiones del pistón fueron modificadas para que éste
pudiera trabajar en conjunto con el elevador de tijeras; otra diferencias con respecto al primer
prototipo del pistón es el uso de sellos tipo U en el disco del pistón y una estopera colocada en la
tapa superior. A continuación en la Figura 5.1.24, se observan los nuevos componentes del
pistón, diseñados para tal fin, y fabricados en el departamento de Matricería de la empresa.
(Planos en la sección de Apéndices)
75
Figura 5.1.24. Componentes del Pistón. (Fuente: Elaboración propia).
Prueba del Mecanismo de Elevación
Los siguientes pasos demuestran el desarrollo de la prueba:
Esquema de la prueba: La prueba estuvo comprendida en dos fases; la primera consistió
en la evaluación del comportamiento del mecanismo de elevación con la válvula 5-2 (ver
Figura 5.1.25). La segunda consistió en la evaluación del mecanismo de tijeras bajo
condiciones de operación a 3bar.
Se evaluó la funcionalidad, presencia de fugas y cargas (segunda fase). Para ello, se
variaron las presiones de agua en operación de 1.5 bar a 3 bar, en una escala de 0.5 bar.
Ejecución de la prueba: Se realizó la prueba en el Banco de Pruebas de la empresa
Fundición Pacifico. Esto se puede observar en la Figura 5.1.25:
76
(A) (B)
Figura 5.1.25. (A) Mecanismo - Válvula 5-2 no pulsada. (B) Mecanismo - Válvula 5-2 pulsada.
(Fuente: Elaboración propia).
Resultados de la prueba: Los resultados de la primera fase se pueden observar en la Tabla
5.1.9:
Tabla 5.1.9. Resultados prueba mecanismo + válvula 5-2 (Fuente: Elaboración Propia)
Presiones
(bar)
Funcionamiento Mecánico
(Correcto – Incorrecto)
Fugas
(SI – NO)
1.5 Correcto SI
2 Correcto SI
2.5 Correcto SI
3 Correcto SI
77
En la segunda fase se observó que el mecanismo de elevación funcionó perfectamente
para cargas menores o iguales a 2 Kg (peso máximo que puede alcanzar un grifo).
Conclusiones:
- Primera Fase: En la prueba realizada, para todo el rango de presiones, se observó que
la válvula 5-2 y el mecanismo de tijeras, mantuvieron un funcionamiento adecuado,
en lo que respecta a su mecánica.
La válvula 5-2 presentó los problemas expuestos anteriormente y en cuanto a sus
descargas, éstas funcionaron de manera factible; sin embargo, bajo condiciones de
presión fueron notorias fugas que se presentaron a causa de los problemas de
tolerancias observados en el vástago.
En cuanto al pistón, el funcionamiento mecánico fue adecuado. Al igual que en el
prototipo de prueba, se presentaron fugas a través de las uniones roscadas; este último
hecho puede ser solucionado mediante el uso de un elemento que proporcione sello en
las roscas, como el teflón, adhesivos anaeróbicos u O-Rings.
Es necesario otorgar más rigidez al mecanismo de tijeras, ya que se presentó falta de
estabilidad entre las barras paralelas. Este hecho puede ser solucionado al añadir más
barras de unión lateral.
- Segunda Fase: En esta prueba se observó que el mecanismo de tijeras fue capaz de
elevar hasta 2 kg en su punto inferior. Al aumentar el peso, y generar un mínimo
impulso vertical ascendente en el mecanismo, éste podía elevar cargas mayores, esto
implica que al variar el ángulo de incidencia del pistón se aumenta la capacidad de
carga del conjunto, pero esto implicaría un aumento de la dimensiones del esqueleto.
- Es necesario tomar en cuenta las conclusiones de cada una de las pruebas, y las
recomendaciones que surgen de las mismas, con el fin de mejorar el sistema en su
conjunto. Es necesario reducir los espesores de pared de la válvula en lo posible, y
rediseñar el vástago para tomar en cuenta las nuevas tolerancias.
78
5.1.5. UBICACIÓN DEL PROYECTO EN EL PLC DE LA EMPRESA
En la Figura 5.1.26, se señala la etapa en la cual se entrega el producto dentro de los procesos
de empresa. Se puede observar que el proyecto Kinetic se encuentra en el período de Declaración
de Tendencias, donde se utilizaron varias metodologías de trabajo y se propusieron varias ideas
innovadoras dentro de los productos de FP.
Figura 5.1.26. Fase en la cual se entrega el proyecto Kinetic. (Fuente: Elaboración Propia).
Proyecto Kinetic
79
5.2. COBRA (Diseño de Detalle)
Se trata del diseño de un nuevo grifo monomando innovador por su diseño, su creación surgió
por la necesidad de contar con un monomando perteneciente a la línea “Trends” de Fundición
Pacífico.
La característica innovadora del diseño radica en el arte del mismo, el cual representaba un reto
al momento de hallarle una solución mecánica con el fin de que cumpliera todas las
especificaciones propias de un grifo. El monomando o palanca de acción debía formar parte del
grifo de manera armoniosa al mantener la continuidad de la curva superior del mismo, este sería
el rasgo fuerte del diseño y fue establecido por el diseñador industrial, este modelo contaba con la
aprobación de la junta directiva de la empresa. El primer boceto del diseño se muestra en la
Figura 5.2.1.
Figura 5.2.1. Primer Boceto del Grifo Cobra. (Fuente: Fundición Pacífico C.A, Año 2012)
Monomando
80
5.2.1 ESTATUS DEL DISEÑO AL MOMENTO DE INICIAR EL PROYECTO
El diseño contaba con una inversión de tiempo de aproximadamente diez meses, durante este
tiempo el diseño sufrió modificaciones (Ver Figura 5.2.2) que lo alejaron del boceto inicial.
Dicho boceto contaba con la aprobación del Departamento de Investigación y Desarrollo.
Figura 5.2.2. Modelos desarrollados por el equipo de diseño de Fundición Pacífico (Fuente:
Investigación y Desarrollo, Fundición Pacífico)
El principal problema del diseño es que resultaba imposible la colocación de los elementos de
funcionamiento (cartucho, manilla o monomando, boneta) y mantener la curva superior en el
diseño. Esto porque tradicionalmente en la grifería los elementos de funcionamiento son
colocados por la parte superior del grifo, lo cual ocasiona que posterior al armado resulte
imposible cerrar el agujero de entrada del cartucho, dicho agujero puede visualizarse en la Figura
5.2.3, en la cual aparece señalado en color azul.
81
Figura 5.2.3. Modelos de diseño del Cobra
(Fuente: Investigación y Desarrollo, Fundición Pacífico)
Por la imposibilidad de hallar una solución para esta complicación, se decidió subir la manilla
facilitando la eliminación o disminución del agujero, pero a su vez se perdía la especificación
innovadora establecida producto de la fase de diseño industrial.
Para llegar a la solución final se imprimieron en 3D varios de los pilotos de los avances antes
mostrados en la Figura 5.2.2. Posteriormente fue seleccionado uno de estos modelos, para
finalmente ser fabricado en metal macizo (Ver Figura 5.2.4), esté además de alejarse del
requerimiento establecido respecto al arte, presento problemas técnicos puesto que la manilla
tenía una gran longitud, lo cual generaba la aparición de un momento producto del peso de la
misma, ocasionando inestabilidad y la imposibilidad de mantener el grifo abierto, dado que el
cartucho no resistía el peso del monomando.
Monomando
Boneta
Cartucho cerámico
82
Figura 5.2.4. Modelo final de diseño del Cobra
(Fuente: Investigación y Desarrollo, Fundición Pacífico)
REINICIO DEL PROYECTO
Por todas las razones antes expuestas, se decidió reiniciar el proyecto en busca de obtener una
solución que represente una alternativa, para posteriormente evaluar las dos soluciones obtenidas
y optar por una de ellas. Para el nuevo diseño se establecieron una serie de especificaciones que
se desglosan a continuación.
5.2.2. ESPECIFICACIONES
Especificaciones del producto que debieron tenerse en cuenta al momento de diseño y
fabricación del prototipo:
Funcionales:
Peso máximo: 2kg.
Dimensiones máximas: 55mm ancho y largo, 130mm de altura.
83
Autonomía de operación: Instalado por el cliente y de accionamiento manual.
Potencia consumida: Entregada por el usuario, necesaria para accionar el grifo.
Régimen de trabajo: Soportar las presiones estándar del hogar (3 bar).
Tolerancias: Cumplir con las tolerancias para la fabricación del producto por los
procesos de manufactura de la planta.
Tipo de alimentación: Línea de agua fría y caliente del hogar.
Condiciones ambientales y entorno:
Fabricación: Planta de Fundición Pacífico.
Transporte: Cualquier tipo de transporte. Para ser instalado y quedar en
funcionamiento.
Embalaje: Cajas de cartón y poliestireno expandido con un nivel medio de
protección.
Exposición y Venta: Producto de grifería.
Temperatura: Temperatura ambiente, sin repercusiones en el equipo.
Humedad: Requiere protección ante valores de humedad considerables llegando a
tener contacto directo con agua, uso de materiales anticorrosivos.
Higiene: Superficial del grifo, sin afectar sus condiciones de trabajo.
Tipo de Trabajo: Manual.
Espacio físico y entorno: Baño.
Usuario:
Tipo de usuario esperado: Mayor de 3 años.
Interfaz: Sencillo que no requiera mayor esfuerzo del usuario.
Ergonomía: De fácil manipulación.
Interfaces:
Instalación: Debe ser instalado fácilmente por el usuario.
Vida de servicio:
Vida del producto: 5 a 10 años.
84
Modos de uso e intensidad: Cada vez que se requiera su uso, de tres a 10 veces
por día.
Mantenimiento:
Mantenimiento: Mantener sus condiciones de trabajo.
Cliente: Usuarios particulares
Necesidades de traslado: Ninguna posterior a su instalación.
Costo del producto:
Costo del producto: menor a 2000bsf.
Expectativa del cliente: Debe satisfacer la necesidad.
Tiraje:
Estimado de unidades a producir: Estará determinada por la demanda.
Medios de fabricación y procesos:
Diseño sencillo que facilite futuras producciones.
Elaborado con procesos de fabricación existentes dentro de la planta.
Los ensamblajes son hechos en la misma empresa.
Competencia:
Producto dirigido al mercado de la grifería, específicamente en la dirigida a su
funcionamiento en baños.
Documentación:
Manual de instalación.
Venta, uso y retirada:
Bajo impacto sobre el medio ambiente. Se estima su retirada debido a fallas del
sistema.
85
Elaborado con elementos reciclables.
5.2.3. SOLUCIONES DE DISEÑO PROPUESTAS PARA EL PROYECTO
El diseño partió con dos diferencias importantes respecto al diseño anterior. La primera
modificación consiste en el método de ensamblaje del grifo, como se comentó, tradicionalmente
los grifos se diseñan para ser ensamblados por la parte superior. En el caso de los grifos
monomando, la totalidad de los modelos diseñados por Fundición Pacifico cumple está
característica. Es en este aspecto donde se realizó la primera modificación importante, el nuevo
diseño seria ensamblado por la parte inferior, con esto se elimina el gran tamaño de la perforación
superior, la cual resultaba ser antiestética e inútil. Además con esta propuesta se aprovecha el
hecho de que el grifo ya cuenta con una perforación inferior, que es el lugar por el cual se
realizan las tomas de agua fría y caliente. En la Figura 5.2.5, se muestra el primer boceto del
diseño.
Figura 5.2.5. Modelo de inicio de diseño del Cobra
(Fuente: Elaboración Propia)
86
La segunda diferencia notable en la elaboración del diseño consiste en la selección del cartucho
cerámico en el interior del grifo. En la propuesta anterior se utilizaba un cartucho monomando de
25mm de diámetro (ver Figura 5.2.6). Por el contrario para el nuevo modelo se propone la
selección de un cartucho monomando tipo joystick de 25 mm de diámetro (ver Figura 5.2.7).
Figura 5.2.6. Especificaciones Cartucho cerámico Monomando Ø 25 mm. (Fuente: Elaboración
Propia)
Figura 5.2.7. Especificaciones, Cartucho cerámico Monomando Ø 25 mm tipo joystick
(Fuente: Elaboración Propia)
La diferencia más notable entre los dos cartuchos radica en la movilidad de ambos, por lo tanto
está selección se basa en dos razones, la primera es que el cartucho tipo joystick presenta una
menor amplitud de movilidad angular y una menor sección en el área transversal del vástago, este
hecho favorece la reducción del área de salida entre el vástago del cartucho y el grifo; esto viene
dado porque el vástago es el elemento de manejo del caudal y unión con la manilla. La segunda
razón fue que las posiciones de apertura a caudal total de agua fría y caliente del cartucho tipo
joystick favorecen la estética del grifo. En la Figura 5.2.8, se puede observar un modelo de cobra
Especificaciones:
Rotación del vástago en apertura: 25°
Rotación en mezcla (Rango): -
50°/+50°=100°
Especificaciones:
Rotación del vástago en apertura: 25°
Rotación en mezcla (Rango): -
25°/+25°=50°
87
en apertura de agua fría, en la imagen es notorio el rompimiento de la continuidad de las curvas
superiores y laterales del grifo, lo cual desfavorece la estética.
Figura 5.2.8. Grifo en apertura de agua caliente, cartucho monomando (Fuente: Elaboración
Propia).
Con la modificación en la selección del cartucho, el grifo en apertura mantiene la estética del
diseño al no romper con las curvas que componen el cuerpo del grifo de manera exagerada.
Además con estos cambios y por la forma que se esperaba generar en futuros modelos, se cuenta
con una ergonomía y forma de manejo distinta a las existentes en el mercado, esta cualidad
resultó ser una innovación atractiva para el diseño, recibiendo la aprobación por parte del diseño
industrial.
Figura 5.2.9. Grifo en apertura de agua caliente, cartucho monomando tipo joystick. (Fuente:
Elaboración Propia).
88
Posteriormente para dar inicio formalmente al proyecto, se presentan tres posibles modelos de
diseño industrial. De estas tres soluciones (Ver Figura 5.2.10), el Departamento de Investigación
y Desarrollo debía seleccionar una de ellas, la cual representaría el entorno de la solución técnica.
Estos modelos no pretendían ser el diseño definitivo, su finalidad era asegurar que la solución
técnica final no se alejara del de las especificaciones establecidas al inicio del proyecto. Todos
estos modelos cumplen con la continuidad de la curvatura superior del grifo por parte de la
manilla.
Solución 1 Solución 2 Solución 3
Figura 5.2.10. Catálogo de Soluciones.(Fuente: Elaboración Propia).
De los tres modelos presentados, el seleccionado para hallarle una solución factible fue el
número uno, dado su atractivo y semejanza con el primer boceto propuesto en el proyecto (Ver
Figura 5.2.11).
89
Figura 5.2.11. Solución 1. (Fuente: Elaboración Propia).
Se presenta el esquema de funcionamiento general que tendrá el grifo (Ver Figura 5.2.12), a
continuación se expone la evolución de los diseños, haciendo énfasis en los problemas que
presentaron, solo el diseño final se expone en detalle, esto a pesar de que cada elemento fue
diseñado y documentado en la empresa con su respectivo plano.
Figura 5.2.12. Esquema general de funcionamiento. (Fuente: Elaboración Propia).
1- Conexión para entrada de agua fría.
2- Conexión para entrada de agua caliente.
3- Monomando accionador del grifo.
4- Mezcla y direccionamiento interno del fluido para su salida.
3
4
5
1 2
90
Evolución de los diseños
Diseño 1: Se presentan las partes (Ver Figura 5.2.13), descripción de su lugar en el grifo y su
funcionamiento (Ver Tabla 5.2.1).
Figura 5.2.13. Despiece del diseño 1. (Fuente: Elaboración Propia)
Tabla 5.2.1. Partes que componen la solución 1. (Fuente: Elaboración Propia)
Número Nombre Descripción Función
1 Monomando o
Manilla
Elemento que se une a la
cúpula por medio de un
tornillo prisionero.
Accionar el cartucho por
medio de la cúpula para
liberar el fluido.
91
2 Cúpula
Elemento que se une al
Monomando (Prisionero) y
al cartucho (Roscado).
Transmitir movimiento y
ocultar perforación
superior del grifo.
3
Cartucho
Cerámico
Monomando
Tipo Joystick.
Unido a la cúpula
(roscado), hace tope con el
sello por su parte superior
y con la base por la parte
inferior
Es una válvula
reguladora de caudal con
la capacidad de mezclar
dos corrientes de fluido.
En este diseño, el fluido
al ser expulsado del
cartucho rodea al mismo
y es guiado al exterior
por medio del alma del
grifo
4 Base
Hace contacto con el
cartucho por su parte
superior y con la guía por
la parte inferior. Posee
perforaciones para pines
que la unen tanto al
cartucho como a la guía.
Posee dos canales a su
alrededor en los cuales se
colocaran O-rings
encargados del sellado
inferior.
Encargado de llevar la
corriente de agua fría y
caliente al cartucho. Guía
la descarga de fluido del
cartucho hacia el grifo.
Además va unida a un
tornillo roscado (No
mostrado) por el cual se
garantiza la unión del
grifo al lavamanos al
momento de la
instalación.
5 Guía
Elemento unido al grifo
mediante tornillos (No
mostrados). Unido por
medio de pines a la base.
Encargado de mantener a
tope y en la posición
adecuada los elementos
antes descritos.
6 Sello Está en contacto con el
grifo y el cartucho.
Encargado de evitar
fugas por la parte
superior del grifo.
92
7 Aireador Elemento roscado al final
de la descarga del grifo.
Proporciona aire en el
chorro de descarga y
disminuye el caudal.
8 Cuerpo
Contiene todo el
mecanismo de
funcionamiento.
Todo el funcionemiento
se lleva a cabo en su
interior
9 Aro
Situado en la parte
superior del grifo por baja
tolerancia.
Disminuye el área de la
perforación superior y
proporciona un espacio
en el cual se puede
desplazar la cúpula.
Se presenta la solución mecánica propuesta (Ver Figura 5.2.14), se enumeran, señalan, y
describen los problemas presentados hasta el momento:
1. Existe la posibilidad de que el cartucho falle, dado que este tipo de cartucho no está
especificado para este tipo de uso (descrito en la Tabla anterior), en general el exterior del
mismo no entra en contacto con el fluido. Se tomó el riesgo de usarlo de esta manera
luego de realizar una comparación con otro cartucho (no joystick) de la misma marca que
si está diseñado para este uso, no se detectaron diferencias notables en su configuración
interior respecto a sus sellos interiores. Este hecho debe ser determinado mediante la
prueba de un prototipo.
2. El material seleccionado para el sello fue nylon lo cual fue un error dada su baja
capacidad para sellar, al necesitar grandes cargas a compresión para lograr cumplir con
este fin.
3. Hallar la tolerancia adecuada para el aro representa una dificultad ya que debe tomarse en
cuenta el espesor añadido en el proceso de cromado, en la empresa este es uno de los
factores que representa más retrasos en el proceso de armado de productos, generalmente
las piezas deben ser rectificadas, además se prevé que esta configuración afecte la
estética, la cual es muy valorada en este tipo de productos.
4. La perforación realizada en la base que se muestra en la Figura 5.2.13, es donde se
colocará la barra roscada con la cual se une el grifo con el lavamanos. Esto representa
93
una dificultad, dado que al momento de asegurar el grifo al lavamanos, la base
experimentará una fuerza en dirección vertical, lo cual separará los elementos en el
interior del grifo ocasionando fugas en los contactos superiores (Sello) e inferiores (Base)
del cartucho.
5. El proceso de mecanizado de esta sección rectangular en la base del cartucho no es la más
favorable o sencilla al momento de fabricar esta pieza.
Figura 5.2.14. Primera solución mecánica propuesta. (Fuente: Elaboración Propia).
1 2
3
4
5
94
Diseño 2: Con respecto al diseño anterior se realizaron modificaciones, todo esto en función de
los problemas hallados. En la Figura 5.2.15 puede observarse este segundo diseño. La siguiente
numeración se relaciona con los problemas del diseño anterior y se comenta la decisión tomada:
1. Se mantiene el funcionamiento del cartucho. Se espera la realización de la prueba del
cartucho.
2. El material seleccionado para el sello se modificó de nylon a politetrafluoroetileno. El
politetrafluoroetileno por sus costos y la carencia de este material en el momento de
realización del diseño se cambió la selección a caucho.
3. La pieza denominada aro fue eliminada y sustituida por otra, llamada aro 1, cuya
descripción y función se muestra en la Tabla 5.2.2.
4. La barra roscada de fijación será colocada en la guía, a diferencia del diseño anterior, en
el cual la barra era colocada en la base.
5. Se cambia el mecanizado rectangular a una perforación circular de la base, además se
elimina la perforación de la base donde en la cual se colocaría la barra roscada.
Figura 5.2.15. Segunda solución mecánica. (Fuente: Elaboración Propia).
95
Se presentan las partes modificadas del diseño anterior en un despiece del producto (Ver
Figura 5.2.16). En la siguiente Tabla se observa la descripción de cada elemento y su
funcionamiento.
Figura 5.2.16. Despiece del diseño 2. (Fuente: Elaboración Propia)
Tabla 5.2.2. Partes que componen la solución 2. (Fuente: Elaboración Propia)
Número Nombre Descripción Función
4 Base
Hace contacto con el cartucho por su
parte superior y con la guía por la parte
inferior. Posee perforaciones para pines
que la unen tanto al cartucho como a la
guía. Posee dos canales a su alrededor en
los cuales se colocaran O-Rings
encargados del sellado inferior.
Encargado de llevar la
corriente de agua fría y
caliente al cartucho. Dirige
la descarga de fluido del
cartucho hacia el grifo. Al
colocar la Guía el
mecanismo interno no puede
96
rotar.
5 Guía
Elemento unido al grifo mediante
tornillos (No mostrados). Unido por
medio de pines a la base. Además va
unida a un tornillo roscado (No mostrado)
por su parte inferior. Garantiza la unión
del grifo al lavamanos al momento de la
instalación.
Encargado de mantener a
tope y en la posición
adecuada los elementos
dentro del grifo. Garantiza
la unión del grifo al
lavamanos al momento de la
instalación.
6 Sello
Son dos sellos que hacen contacto con el
grifo y el cartucho teniendo en medio de
ellos al aro 1.
Encargado de evitar fugas
por la parte superior del
grifo.
9 Aro 1
Elemento que va en medio de los dos
sellos, no requiere mayor detalle en su
fabricación.
Elemento que hace tope en
conjunto con el sello y el
grifo para posicionar
adecuadamente los
elementos en su interior.
Uno de ellos es la cúpula la
cual requiere quedar en una
posición exacta para gastar
su funcionamiento.
Posterior al diseño de todas las piezas, en función de valorar la solución, las medidas y escalas
seleccionadas, así como también evaluar en detalle la factibilidad de la fabricación de los
elementos, se procede con cuna impresión en 3D del modelo (Ver Figura 5.2.17), luego se
procede con el armado (Ver Figura 5.2.18).
97
Figura 5.2.17. Partes del Cobra. (Fuente: Elaboración Propia).
Figura 5.2.18. Cobra Armado. (Fuente: Elaboración Propia).
Con respecto a los problemas observados en este diseño, posterior a toda la evaluación visual y
funcional (tolerancias y movilidad), se muestran enumeradas y señalados todos los problemas
que se hallaron en este diseño (Ver Figura 5.2.19). Todos estos problemas se desglosan a
continuación:
1. Se espera la verificación del cartucho al igual que en el diseño anterior.
2. Esta forma o filo del grifo es imposible de realizar de acuerdo con el proceso de pulido, el
cual al eliminar material, esto dificultará lograr dicha forma.
98
3. La curva señalada no puede ser elaborada porque posee un diámetro de curvatura muy
pequeño para ser pulido, esto puesto que se requieren diámetros de curvatura superiores a
los 65mm para poder lograr cumplir con este paso fundamental durante su proceso de
fabricación.
4. Se debe aumentar la separación entre el monomando y el grifo, este aumento de tolerancia
evita el contacto entre los materiales, impidiendo el desgaste superficial entre dichas
piezas.
5. Se espera fabricar el monomando por medio del forjado, este proceso de fabricación
requiere espesores superiores o iguales a 3mm, en la imagen el área señalada posee un
espesor menor al requerido para su fabricación.
6. Se debe aumentar la separación entre el monomando y el grifo, en el punto señalado ante
la mínima presión ejercida sobre la manilla entra en contacto directo con el grifo.
1
Figura 5.2.19. Segunda solución mecánica propuesta.(Fuente: Elaboración Propia).
Diseño 3: La mayoría de los problemas presentados en el diseño anterior pertenecen al arte o
diseño industrial, por esta razón, en esta fase del diseño y con la aprobación del diseñador
1
2
3
4
5
6
99
industrial, se presentó una propuesta que pretende solucionar tanto el arte como también los
aspectos técnicos en cuanto a la fabricación del monomando y del grifo.
Cabe destacar que en este momento se realizó una comparación entre el avance del proyecto
actual y el primer prototipo realizado por parte de la empresa (ver Figura 5.2.4), en la cual se
decidió a dar continuidad al proyecto en curso y cancelar definitivamente el primer prototipo.
En función de generar en el nuevo diseño un aspecto atractivo, al otorgarle proporciones
coherentes y armoniosas, se decide hacer uso de la matemática por medio de la Sucesión de
Fibonacci. A continuación se presenta el procedimiento que se siguió para la generación de la
nueva propuesta concerniente al diseño industrial:
1. Se realizaron los cuadrados provenientes de la Sucesión de Fibonacci. (Ver Figura 5.2.20)
Figura 5.2.20. Cuadrados de la Sucesión de Fibonacci [mm]. (Fuente: Elaboración Propia).
2. De los cuadrados de Fibonacci, se procedió a la realización de la espiral de dicha
Sucesión.
100
Figura 5.2.21. Espiral de la Sucesión de Fibonacci. (Fuente: Elaboración Propia).
3. Tomando en cuenta las dimensiones máximas del diseño establecidas en las
especificaciones y además, las medidas utilizadas en los modelos anteriores, se procedió
con la generación de la forma del grifo a través del uso de circunferencias proyectadas,
cuyos radios están determinados por las cifras que conforman la Sucesión, con el fin de
generar armonía ente las proporciones del grifo. Posteriormente, estas circunferencias
fueron situadas de acuerdo al dimensionamiento determinados en los modelos anteriores
(ver Figura 5.2.22).
(A) (B)
Figura 5.2.22. (A) Circunferencias de la Sucesión de Fibonacci. (B) Acercamiento de las
Circunferencias de la Sucesión de Fibonacci. (Fuente: Elaboración Propia).
101
4. Finalmente se establecieron coordenadas dentro del grifo, con el fin de generar la
estructura final. La Figura 5.2.23 muestra la generación del grifo dentro de las
consideraciones antes expuestas, así como también las consideraciones respecto a los
procesos de fabricación, movilidad y funcionamiento.
Figura 5.2.23. Nuevo Diseño Industrial Sucesión de Fibonacci. (Fuente: Elaboración Propia).
Este nuevo diseño industrial, le otorga al producto una apariencia innovadora, y junto a su
accionamiento particular suman cualidades que facilitan su exposición para la venta. En la Figura
5.2.24 se muestra el diseño final para este modelo, en el cual se solucionan los problemas 2, 3, 4,
5 y 6 del diseño anterior.
Figura 5.2.24. Diseño 3, Solución de diseño industrial. (Fuente: Elaboración Propia).
102
Con el fin de verificar la movilidad, tolerancias del diseño y apariencia, se procedió a realizar
una impresión en 3D (Ver Figura 5.2.25). Estos estudios se llevaron a cabo con resultados
favorables para el diseño, en cuanto a sus tolerancias, movilidad y factibilidad respecto al pulido.
La configuración interior y sus elementos de funcionamiento son los mismos que en el Diseño 2
(Ver Figura 5.2.26).
Figura 5.2.25. Impresión 3D del Diseño Industrial. (Fuente: Elaboración Propia).
Figura 5.2.26. Distribución interna del diseño 3. (Fuente: Elaboración Propia).
103
Se realiza un análisis de fluido sencillo cuyo objetivo es demostrar el comportamiento del
fluido dentro del grifo, así como también prever estrangulamiento o recirculación en el sistema
(Ver Figura 5.2.27).
En el análisis de fluido no se visualizaron fenómenos desfavorables respecto al
comportamiento del fluido que afecten la factibilidad del diseño. Con los resultados obtenidos
hasta el momento solo se hace necesario las pruebas del cartucho, dado que este es el único factor
que mantiene en riesgo la factibilidad del diseño.
Figura 5.2.27. Análisis de Fluidos 01. (Fuente: Elaboración Propia).
Diseño 4: Como se puede observar, en la fase de diseño anteriores se hace necesario la
ejecución de una prueba que permita demostrar el funcionamiento adecuado del cartucho, de esta
manera se garantizaría la factibilidad del diseño.
Durante la planificación de la prueba, se le notificó al diseñador del proyecto que los cartuchos
requerían de un torque que generara una fuerza de compresión en el mismo, dicha fuerza tiene
como finalidad evitar fugas por la parte inferior del cartucho y garantizar el funcionamiento
104
adecuado del mismo; los valores de torque que deben ser aplicados son especificados por el
fabricante.
Es notorio que lo expuesto anteriormente no fue tomado en cuenta en la solución mecánica de
los diseños presentados hasta el momento. Esto plantea la necesidad de rediseñar la solución del
diseño tres (3), en el cual no se cuenta con un mecanismo que es capaz de generar el torque
requerido.
En función de determinar un esquema que garantice el torque del cartucho y además que el
procedimiento de armado sea sencillo, se discutieron distintas propuestas con el personal de
Matricería y Armado de griferías. La solución seleccionada se presenta a continuación (Ver
Figura 5.2.28), en ella se mantiene el diseño industrial y varios de esos componentes interiores
son eliminados o modificados.
Figura 5.2.28. Distribución interna del diseño 4. (Fuente: Elaboración Propia).
Se presenta un despiece del diseño en la Figura 5.2.29. Las partes modificadas del diseño
anterior, descripción de su lugar en el grifo y su funcionamiento (Ver Tabla 5.2.3).
1 2
3
Nuevos elementos:
1- Tuerca de seguridad.
2- Prisionero.
3- Dos perforaciones para las barras roscadas (encargadas de la unión del grifo al lavamanos).
105
Figura 5.2.29. Despiece del diseño 4. (Fuente: Elaboración Propia)
Tabla 5.2.3. Partes que componen la solución 4. (Fuente: Elaboración Propia)
Imagen Nombre Descripción Función
4 Base
Hace contacto con el cartucho por su parte
superior y con la guía por la parte inferior.
Posee perforaciones para pines que la unen al
cartucho. Posee dos canales a su alrededor en
los cuales se colocaran O-Rings encargados
del sellado inferior y además una muesca en
forma de semicírculo, en donde se alojará el
prisionero.
Encargado de llevar la
corriente de agua fría y
caliente al cartucho. Dirige
la descarga de fluido del
cartucho hacia el grifo. Al
colocar el Prisionero, el
mecanismo interior no rota.
5 Tuerca de
Seguridad
Se encuentra por debajo de la Base y está
unida al grifo (roscado).
Ejerce Torque sobre la
Base, con el fin de generar
presión sobre el cartucho.
Además sostiene todo el
mecanismo interno.
106
10 Prisionero Contenido en muescas presentes en la Base y
en el grifo.
Encargado de evitar la
rotación del mecanismo
interno.
Ejecución de la prueba del cartucho
Para la ejecución de la prueba del cartucho se procedió a aislar el mecanismo de
funcionamiento (ver Figura 5.2.30). La finalidad de la prueba era verificar la factibilidad de la
mecánica establecida para la solución 4, así como también que el cartucho funcionara de manera
adecuada tanto al no presentar problemas de movilidad, o fugas.
Figura 5.2.30. Modelo digital del prototipo de prueba (Fuente: Elaboración Propia).
Posterior al modelado 3D del prototipo de prueba, se fabricaron estas piezas en el
Departamento de Matricería, exceptuando el cartucho y el prisionero, las cuales se presentan en
la siguiente Figura:
107
Aro 1 Base Cartucho Cuerpo (Grifo)
Herramienta para la
Tuerca Prisionero Sellos de goma Tuerca de seguridad
Figura 5.2.31. Prototipo físico de prueba (Fuente: Elaboración Propia).
Los siguientes pasos demuestran el desarrollo de la prueba:
Esquema de la prueba: La prueba consistió en la evaluación del comportamiento del
cartucho en cuanto a su movilidad y presencia de fugas. Para ello, se variaron las
presiones de agua en operación de 1.5 bar a 3.5 bar, en una escala de 0.5 bar.
Ejecución de la prueba: Se realizó la prueba en el Banco de Pruebas de la empresa
Fundición Pacifico. Esto se puede observar en la siguiente figura:
Figura 5.2.32. Prueba del funcionamiento del Cobra (Fuente: Elaboración Propia).
Resultados de la prueba: Los resultados se pueden observar en la Tabla que se presenta a
continuación:
108
Tabla 5.2.4. Resultados de la prueba cartucho (Fuente: Elaboración Propia)
Presiones
(bar)
Movilidad
(Excelente-Bueno-Malo)
Fugas
(SI – NO)
1.5 Excelente NO
2 Excelente NO
2.5 Excelente SI
3 Excelente SI
3.5 Excelente SI
Conclusiones:
- Movilidad: En la prueba realizada, la movilidad del cartucho no se vio afectada, es
decir, no disminuyó la facilidad de su accionamiento.
- Fugas: Se presentaron fugas a partir de los 2.5 bar, lo cual descarta la posibilidad de
utilizar el cartucho bajo estas circunstancias, dado que la presión estándar en los
hogares es de 3 bar.
- El mecanismo para asegurar el torque adecuado para el cartucho y el mantenimiento
de los elementos dentro del prototipo funcionó de forma apropiada.
- Se debe modificar la solución del funcionamiento, expuesto anteriormente, con el fin
de que el cartucho funcione adecuadamente.
Diseño 5: Posterior a los resultados obtenidos en las pruebas realizadas anteriormente, se
verificó que la solución mecánica planteada en el cuarto diseño no es factible por los problemas
presentados en el cartucho. Este hecho plantea la necesidad de iniciar un proceso de rediseño del
mecanismo interior.
Para el proceso de rediseño se buscará aprovechar todos los aspectos estudiados en los modelos
previos, por esta razón se intentará hallar una solución en la cual se mantengan fijas
109
características tales como: el diseño industrial y las tolerancias elegidas en cuanto a la movilidad
del monomando.
Dos de las posibles acciones a tomar consistían en primer lugar, modificar el modelo del
cartucho, lo cual implicaba un nuevo rango de movimiento que derivaría en grandes
modificaciones en el diseño general. La segunda opción consistía en mantener el cartucho actual
y encapsularlo, de esta manera el cartucho operaría bajo su normalidad.
Se decidió mantener el cartucho, para estudiar posibles esquemas con el fin de hallar una nueva
solución. De esta manera, uno de los primeros modelos generados se presenta en la Figura 5.2.33,
donde se pueden observar grandes dificultades para su fabricación; una de ellas es la
imposibilidad de crear un alma con un espesor menor a 8 mm, ya que espesores menores a este
valor implicarían quiebres del alma fabricada en arena; otra dificultad se presenta en el cuerpo del
grifo donde el espesor de pared supera los 3.5 mm, este hecho implica que durante el proceso de
fundición se presenten defectos como rechupes.
Figura 5.2.33. Modelo 1 del Diseño 5. (Fuente: Elaboración Propia).
Finalmente se genera un diseño (Ver Figura 5.2.34) que considera todos los avances anteriores,
como las tolerancias, posibilidad de fabricación en cuanto a espesores de pared para la colada,
espesores de alma, torque en el cartucho, facilidad en el proceso de armado, selección de sellos y
110
materiales. Además este diseño se sigue ajustando al diseño industrial generado a partir de la
Sucesión de Fibonacci.
Figura 5.2.34. Modelo 2 del Diseño 5. (Fuente: Elaboración Propia).
Este último diseño, fue presentado y discutido en diversas áreas de la empresa, no presenta
problemas mecánicos evidentes que la experiencia de los técnicos e ingenieros de la empresa
puedan prever, y su diseño resultó ser atractivo.
Es en este momento en el cual se debe generar un informe de factibilidad, el cual debe ser
expuesto ante el Departamento de Manufactura, donde posterior a un estudio profundo de la
factibilidad del diseño, este será aprobado, para finalmente proceder con el proceso formal para la
producción. Sin embargo, antes de generar el informe, el asesor comercial emitió su opinión
sobre el producto, en la cual se critica la altura del grifo (130 mm). El asesor presenta un estudio
de las ventas de los productos de grifería de la empresa, en el cual se demuestra que los productos
de lavamanos de mayor altura (150-170 mm) son los más vendidos.
Se comparó el diseño actual con otros productos de Fundición Pacifico, resulta visualmente
favorable otorgarle dos centímetros más de altura y sumado a los argumentos expuestos por parte
del asesor comercial, el Departamento de Investigación y Desarrollo solicita al diseñador realizar
111
esta última modificación en la altura del grifo. Esto requiere la variación de las proporciones
generadas en el diseño industrial del grifo.
Diseño 6 (Definitivo): En este diseño se realizó una modificación respecto a su diseño
industrial, el mecanismo de funcionamiento interno seguirá la configuración del diseño anterior;
ambos aspectos serán descritos a continuación.
Diseño Industrial: Dada la necesidad de aumentar la altura del diseño dos centímetros
más, y a su vez mantener la estética del modelo anterior (basada en la Sucesión de
Fibonacci), resultaba evidente que este cambio en la altura no debía afectar las
proporciones del grifo; es necesario mantener las proporciones armoniosas en el nuevo
diseño.
Por estas razones, nuevamente se hace uso de la matemática a través de la proporción
aurea, con la cual se espera mantener la armonía en el diseño. En la Figura 5.2.35 se
visualizan unas líneas azules, que representan magnitudes estimadas a partir de la
proporción aurea aplicada sobre la nueva altura del modelo; el ángulo denotado en azul
surge de las subdivisiones del ángulo áureo y establece la caída de agua del grifo;
logrando de esta manera que el grifo mantuviera su atractivo. Estos cambios resultaron
del agrado de diversos departamentos de la empresa incluyendo a la directiva y al asesor
comercial.
Figura 5.2.35. Diseño industrial final. (Fuente: Elaboración Propia).
112
Funcionamiento Interno: En la Figura 5.2.36 se puede observar el despiece del diseño
final con sus respectivos componentes. Se presentan las partes, descripción de su lugar en
el grifo y su funcionamiento (Ver Tabla 5.2.5). Para mayor comprensión del sistema de
funcionamiento, en la Figura 5.2.37 se muestra la disposición interna de sus partes.
Además en la Figura 5.2.38 se observa un análisis de fluidos, en el cual se aprecia en
comportamiento del líquido en su interior, donde se presenta un poco de recirculación que
no afecta el funcionamiento del modelo.
Figura 5.2.36. Despiece del diseño 6. (Definitivo) (Fuente: Elaboración Propia)
Tabla 5.2.5. Partes que componen la solución 6 (Definitiva). (Fuente: Elaboración Propia).
Imagen Nombre Descripción/ Proceso de
fabricación. Función
1 Monomando o
Manilla
Elemento que se une a la cúpula
por medio de un tornillo
prisionero./ Forjado, mecanizado,
Accionar el cartucho por medio
de la cúpula para liberar el fluido.
113
pulido y finalmente cromado.
2 Cúpula
Elemento que se une al
Monomando (Prisionero) y al
cartucho (Roscado). / Mecanizado,
pulido y cromado.
Transmitir movimiento y ocultar
perforación superior del grifo.
3
Cartucho Cerámico
Monomando Tipo
Joystick.
Unido a la cúpula (roscado), sujeto
por su parte superior con una
boneta y con la base por la parte
inferior / Importado.
Es una válvula reguladora de
caudal con la capacidad de
mezclar dos corrientes de fluido.
En este diseño, el fluido al ser
expulsado del cartucho es guiado
al exterior por medio del alma del
grifo
4 Base o porta
cartucho.
Contiene al cartucho en su interior,
sosteniéndolo con la ayuda de unos
pines en su parte inferior y con una
boneta por su parte superior.
Sujetado por su parte inferior
gracias a la rosca de seguridad.
Posee tres canales a su alrededor en
los cuales se colocaran O-rings
encargados del sellado inferior y
además una muesca en forma de
semicírculo, en donde se alojará el
prisionero. / Mecanizado.
Encargado de llevar la corriente
de agua fria y caliente al
cartucho. Guía la descarga de
fluido del cartucho hacia el grifo.
Además va unida a un tornillo
roscado (No mostrado) por el
cual se garantiza la unión del
grifo al lavamanos al momento
de la instalación.
5 Aireador Elemento roscado al final de la
descarga del grifo. / Importado.
Proporciona aire en el chorro de
descarga y disminuye el caudal.
6 Cuerpo
Contiene todo el mecanismo de
funcionamiento. Posee una muesca
en forma de semicírculo, en donde
Todo el funcionamiento se lleva
a cabo en su interior.
114
se alojará el prisionero. / Fundición,
mecanizado, pulido, y cromado.
7 Tuerca de
Seguridad
Se encuentra por debajo de la Base
y está unida al grifo (roscado). /
Mecanizado.
Sostiene todo el mecanismo
interno.
8 Prisionero
Contenido en muescas presentes en
la Base y en el grifo. / Compra
nacional.
Encargado de posicionar y evitar
la rotación del mecanismo
interno.
9 Boneta Se encuentra por arriba de la Base
(roscado). / Compra nacional.
Ejerce Torque sobre el cartucho,
con el fin de generar presión
sobre el mismo y asegurar su
buen funcionamiento.
Figura 5.2.37. Disposición del modelo 6 (Definitivo). (Fuente: Elaboración Propia).
115
Figura 5.2.38. Análisis de fluido del modelo 6 (Definitivo). (Fuente: Elaboración Propia).
Este modelo fue impreso en 3D, con el fin de garantizar el buen funcionamiento de su
movilidad respecto a las tolerancias seleccionadas, es decir, se evaluó si existía contacto entre la
manilla y el grifo.
Uno de los factores que ponía en riesgo la factibilidad del diseño era la posibilidad de que el
cartucho no resistiera el peso de la manilla, afectando el funcionamiento del mismo. Con el fin de
evaluar esta posibilidad se fabricó el monomando macizo en latón; al realizar la prueba se
constató que el cartucho, en conjunto con la manilla, funcionaban adecuadamente.
Esta fue la solución final en cuanto al diseño mecánico e industrial del proyecto Cobra, dado
que se le dio solución a los problemas técnicos que presentaba este proyecto, se procedió con la
elaboración y presentación del informe de factibilidad , el cual se encuentra en la sección de
Anexos.
Posteriormente este informe fue aprobado por la Gerencia de Manufactura y de esta manera el
diseño entró en la fase de producción dentro de la empresa, puesto que éste cuenta con todos los
requerimientos de factibilidad técnica necesarios para entrar en esta fase. En la Figura 5.2.39 se
116
presenta el modelo final. Finalmente se realizó la entrega del nuevo producto tanto en físico por
medio de la impresión 3D, como en digital a través de planos y piezas realizadas en Inventor.
Figura 5.2.39. Diseño Final. (Fuente: Elaboración Propia).
5.2.4. UBICACIÒN DEL PRODUCTO DENTRO DEL PLC DE LA EMPRESA
En la Figura 5.2.40 se señala la etapa en la cual se entrega el producto dentro de los procesos de
empresa. El proyecto Cobra se encuentra ingresando al período de Time to Market, donde se
realizará la ejecución del primer lote de producción, incluyendo la creación de herramientas,
empaques, instructivos, entre otros.
Figura 5.2.40. Fase en la cual se entrega el proyecto Cobra. (Fuente: Elaboración Propia).
Proyecto Cobra
117
CAPÍTULO VI CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El proyecto de diseño conceptual „Kinetic‟, logra una diferenciación respecto a la competencia
en productos de cocina, por medio del movimiento mecánico sin uso de electricidad.
Se demostró la posibilidad de generación de movimiento de componentes mecánicos gracias a
las presiones existentes en las tuberías de agua en el hogar. Será posible la fabricación en serie de
esta nueva tecnología una vez se apliquen los procesos de disminución de las dimensiones de los
elementos que componen la solución, con el fin de adecuarse a las dimensiones estándar
presentes en el mercado; así como también la reducción de costos en cuanto a la fabricación del
producto.
Los subsistemas que dieron solución a los problemas de movimiento y control del flujo del
agua, dan base al desarrollo de algunos nuevos productos para Fundición Pacífico,
específicamente en el sector de válvulas.
Es necesaria una selección adecuada de los materiales para futuros avances en el proyecto;
considerar materiales anticorrosivos para el mecanismo de funcionamiento es fundamental para la
factibilidad del diseño. En el prototipo estudiado se demuestra la necesidad de hallar alternativas
a los retenes, barras de Acero Bohler y pasadores de nylon, como el uso de acero inoxidable. El
latón demuestra ser un material adecuado a nivel técnico, pero debe evaluarse su factibilidad
comercial en cuanto al costo.
En el diseño de detalle del proyecto „Cobra‟, el elemento denominado „Base‟ o „Porta
Cartucho‟ que forma parte de la solución mecánica hallada, representa un concepto innovador
para el gremio de la grifería, dado que contradice la tradición en cuanto al armado superior de los
118
productos, y proporciona una gama de posibles nuevos diseños a productos que requieran esta
solución.
El proyecto „Cobra‟, muestra la necesidad e importancia de que los ingenieros encargados del
desarrollo mecánico, manejen un cierto nivel de conocimiento en lo que respecta al diseño
industrial, de esta manera el ingeniero podrá colaborar con soluciones válidas desde el punto de
vista técnico respetando conceptos creativos aprobados, o siendo participe del arte del diseño, lo
cual le otorga un valor agregado a su creación o producto.
La aplicación de la Sucesión de Fibonacci y de la Proporción Aurea, representan una
herramienta útil durante el proceso de diseño industrial, dado que le otorgan proporciones
armoniosas y por ende una estética atractiva al producto, elemento de gran importancia en el
sector de grifería, puesto que este factor determina en gran medida la selección por parte del
usuario.
En cuanto a la fabricación será necesario asegurar las tolerancias requeridas para el diseño.
Además se requiere realizar pruebas con un prototipo elaborado en metal por fundición, con el fin
de verificar procesos de armado y de sellado del producto. Todo esto debe contemplarse en la
etapa de Time to Marke o inicio de la producción formal del producto, donde posterior a la
creación de moldes y herramientas se sugiere realizar un estudio de armado y funcionalidad del
primer lote de prueba del producto.
Se recomienda al Departamento de Investigación y Desarrollo documentar toda la información
relacionada con los procesos de fabricación y sus limitaciones, así como también los catálogos de
sus proveedores, productos ya existentes y materiales con los cuales se cuenta en la planta, con el
fin de facilitar el diseño de nuevos productos.
119
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Internet: http://vviana.es/doc/LaSorprendente%20SucesionDeFibonacci.pdf, consultado el
06 de Diciembre de 2012.
121
APÉNDICES APÉNDICE A. PLANOS PISTÓN DE PRUEBA
APÉNDICE B. PLANOS VÁVULA DE SEGURIDAD
APÉNDICE C. PLANOS VÁLVULA 5-2
APÉNDICE D. PLANOS MECANISMO DE ELEVACIÓN DE TIJERAS
APÉNDICE E. PLANOS PISTÓN
APÉNDICE F. PLANOS DEFINITIVO COBRA
122
ANEXOS
ANEXO A. VÁLVULA CHECK DE MEDIA PULGADA
ANEXO B. LLAVE DE ARRESTO CON FILTRO
123
ANEXO C. INFORME DE FACTIBILIDAD COBRA
124
125