Diseño y concepcion de productos de fundicion

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

18

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.

34

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.

35

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


1E Pulsador N/A


3B Pistón

Hidráulico

2D *Agua fría -> Mecanismo

*Agua caliente/fría ->

Grifo

1E Pulsador N/A


3B Pistón

Hidráulico


*Agua

2E Elemento Rotativo

N/A

45

caliente/fría -> Grifo


2B Mecanismo

con engranaje

1D Uso de mezcla

de temperaturas



N/A


2B Mecanismo

con engranaje

1D Uso de mezcla

de temperaturas


N/A 1F



3B Pistón

Hidráulico



Grifo

N/A 1F



3B Pistón

Hidráulico

1D Uso de mezcla

de temperaturas



N/A

Opción 8 2A


1B Turbina

1D Uso de mezcla

de temperaturas


N/A 1F


Opción 9 2A


2B Mecanismo

con engranaje

1D Uso de mezcla

de temperaturas


N/A 1F


Opción 10 2A


3B Pistón

Hidráulico



Grifo

1E Pulsador N/A

Opción 11 3A


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.


Opción 12 3A


3B Pistón

Hidráulico



Grifo

1E Pulsador N/A

Opción 13 3A


2B Mecanismo

con engranaje

1D Uso de mezcla

de temperaturas



N/A

Opción 14 3A


1B Turbina

1D Uso de mezcla

de temperaturas



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


Grifo Móvil (Kinetic)

Accionador


Pistón Hidráulico

Válvula Antiretorno

Accionador 2




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


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.


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).


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


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


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.



(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)



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.


Grifo Móvil (Kinetic)

Accionador


Pistón Hidráulico

Válvula Antiretorno

Accionador 2




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).


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


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.



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)



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.



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.



caliente al cartucho. Dirige


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



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.



caliente al cartucho. Dirige


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).


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.


Fundición Pacifico. Esto se puede observar en la siguiente figura:

Figura 5.2.32. Prueba del funcionamiento del Cobra (Fuente: Elaboración Propia).


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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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

Documents

Diseño y concepcion de productos de fundicion