Estudio de la implantación de un nuevo laboratorio de ensayos de vibraciones para el sector de la automación

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PROJECTE FI DE CARRERA

TÍTOL: ESTUDIO DE LA IMPLANTACIÓN DE UN NUEVO LABORATORIO DE

ENSAYOS DE VIBRACIONES PARA EL SECTOR DE LA AUTOMOCIÓN.

AUTOR: CARLOS AGUILAR MARTÍN

MIGUEL ANGEL BOSCH TORIBIO

TITULACIÓ: ENGINYERIA TÈCNICA DE TELECOMUNICACIÓ,

ESPECIALITAT EN SISTEMES ELECTRÒNICS.

DIRECTOR: JOSE LUIS GARCIA DE VICUÑA MUÑOZ DE LA NAVA

DEPARTAMENT: EEL - Departament d'Enginyeria Electrònica

DATA: 29 enero de 2015

9:02 9:02

TÍTOL: ESTUDIO DE LA IMPLANTACIÓN DE UN NUEVO LABORATORIO DE

ENSAYOS DE VIBRACIONES PARA EL SECTOR DE LA AUTOMOCIÓN.

COGNOMS: AGUILAR MARTÍN NOM: CARLOS

COGNOMS: BOSCH TORIBIO NOM: MIGUEL ANGEL

TITULACIÓ: ENGINYERIA TÈCNICA DE TELECOMUNICACIÓ

ESPECIALITAT: SISTEMES ELECTRÒNICS. PLA: 95

DIRECTOR: JOSE LUIS GARCIA DE VICUÑA MUÑOZ DE LA NAVA

DEPARTAMENT: EEL - Departament d'Enginyeria Electrònica

QUALIFICACIÓ DEL PFC

TRIBUNAL

PRESIDENT SECRETARI VOCAL

DATA DE LECTURA:

9:02 9:02

Aquest Projecte té en compte aspectes mediambientals: X Sí No

PROJECTE FI DE CARRERA

RESUM (màxim 50 línies)

Este proyecto comprende la creación y planteamiento de un supuesto para la

industria del automóvil, el análisis y exposición de las problemáticas de la empresa

establecida y las medidas que se recomiendan adoptar para solventar dichas

cuestiones y así garantizar su viabilidad futura en un sector tan competitivo como el

de la automoción.

Para llevar a cabo parte de esas mejoras, se contempla el estudio de la implantación

de un nuevo laboratorio de ensayos de vibraciones para el centro de I+D+i de la

empresa.

Se estudiará la ubicación más idónea del laboratorio, su diseño, la distribución de las

zonas de ensayo, control, recepción de muestras y otras estancias de trabajo

necesarias.

Se realizará la elección de los medios de ensayo, así como de los equipos necesarios

para el control del sistema de vibraciones y equipos de medida auxiliares.

Se planteará un sistema de gestión de la calidad específico para el laboratorio, que

sea conforme con el plan general de calidad de la empresa, estableciendo también

las pautas a seguir para obtener la acreditación ENAC de los ensayos que se

realicen.

También se incluirá el estudio económico y se valorará la viabilidad del proyecto,

analizando por último el impacto medioambiental.

Paraules clau (màxim 10):

Laboratorio Ensayo Vibraciones Normas

Acreditación Calidad Automóvil Producto

AENOR ENAC

ÍNDICE

1. PREFACIO ........................................................................................................................ 5

1.1. Los inicios de la automoción y los componentes ......................................................... 5

1.2. La evolución de los componentes en la automoción .................................................... 6

1.3. Relevancia de los componentes eléctricos y electrónicos en el global del vehículo ..... 9

2. INTRODUCCION ............................................................................................................. 10

2.1. Motivación del proyecto ............................................................................................. 10

2.2. Situación actual de la industria del automóvil ............................................................ 10

2.3.1. El mercado automovilístico español........................................................................ 10

2.3.1.1. Venta de vehículos ....................................................................................... 11

2.3.1.2. Fabricación de vehículos .............................................................................. 11

2.3.1.3. Exportaciones de vehículos .......................................................................... 12

2.3.2. Fabricantes de componentes para la automoción ............................................... 13

2.3. Descripción de la empresa ........................................................................................ 15

2.3.1. Productos que fabrican ....................................................................................... 15

2.3.2. Situación actual................................................................................................... 16

2.4. Objeto del proyecto ................................................................................................... 18

2.4.1. Riesgos previstos para la empresa ..................................................................... 18

2.4.2. Propuestas de mejora recomendadas ................................................................. 19

2.5. Alcance del proyecto ................................................................................................. 20

3. VIBRACIONES ENSAYOS AMBIENTALES MECÁNICOS ............................................. 23

3.1. Introducción a las vibraciones mecánicas .................................................................. 23

3.1.1. ¿Qué es la vibración? ......................................................................................... 23

3.1.2. Clasificación de las vibraciones .......................................................................... 24

3.1.3. Vibraciones libres sin amortiguamiento ............................................................... 24

3.1.4. Vibraciones libres con amortiguamiento .............................................................. 24

3.1.5. Vibraciones forzadas sin amortiguamiento .......................................................... 26

3.1.6. Resonancia ......................................................................................................... 26

3.1.7. Vibraciones forzadas con amortiguamiento ......................................................... 27

3.1.8. Definiciones y unidades ...................................................................................... 28

3.2. El laboratorio de vibraciones ..................................................................................... 28

3.2.1. El sistema de vibración ....................................................................................... 29

3.2.2. El vibrador electrodinámico ................................................................................. 30

3.2.3. El amplificador de potencia ................................................................................. 32

3.2.4. El controlador de vibraciones .............................................................................. 33

3.2.4.1. El software de control ................................................................................... 35

3.2.5. Acelerómetros de control .................................................................................... 36

3.3. Los ensayos de vibraciones ...................................................................................... 39

3.3.1. ¿Por qué un ensayo de vibraciones? .................................................................. 39

3.3.2. El perfil de ensayo .............................................................................................. 40

3.3.3. Ensayos de vibración senoidal ............................................................................ 41

3.3.4. Ensayos de vibración aleatoria (random) ............................................................ 42

3.3.5. Ensayos de choque (impacto) ............................................................................. 44

3.3.6. Ensayos de vibración combinados con temperatura-humedad ........................... 44

3.3.7. La importancia del útil de ensayo. ....................................................................... 45

3.3.8. Aplicaciones en el sector de la automoción ......................................................... 47

4. DISEÑO DEL LABORATORIO ........................................................................................ 49

4.1. Legislación vigente .................................................................................................... 50

4.2. Metodología para realizar un diseño correcto ............................................................ 51

4.1.1. Ubicación del laboratorio ..................................................................................... 52

4.1.2. Dimensionado del laboratorio .............................................................................. 55

4.1.3. Distribución del laboratorio .................................................................................. 60

4.1.4. Layout del laboratorio.......................................................................................... 62

4.2. Elección de los medios de ensayo ............................................................................. 65

4.2.1. Sistema de ensayos de vibración ........................................................................ 66

4.2.2. El vibrador electrodinámico ................................................................................. 67

4.2.3. Amplificador de potencia ..................................................................................... 69

4.2.4. El controlador de vibraciones .............................................................................. 71

4.2.4.1. El software de control ................................................................................... 71

4.2.5. Acelerómetros de control .................................................................................... 72

4.2.6. Cámara climática ................................................................................................ 73

4.3. Equipamiento auxiliar y mobiliario ............................................................................. 75

4.3.1. Equipos y material auxiliar .................................................................................. 76

4.3.2. Mobiliario ............................................................................................................ 77

5. INSTALACIONES E INFRAESTRUCTURAS .................................................................. 79

5.1. Instalaciones ............................................................................................................. 79

5.1.1. Eléctrica .............................................................................................................. 79

5.1.1.1. Instalación existente ..................................................................................... 79

5.1.1.2. Canalización y cables conductores utilizados ............................................... 79

5.1.1.3. Bases para el cálculo ................................................................................... 80

5.1.1.4. Cuadro general de distribución ..................................................................... 83

5.1.1.5. Subcuadro de distribución ............................................................................ 84

5.1.2. Iluminación .......................................................................................................... 85

5.1.3. Climatización ...................................................................................................... 87

5.1.4. Instalación neumática – aire comprimido ............................................................ 89

5.1.5. Red informática ................................................................................................... 90

5.1.6. Medidas y protección contra incendios ............................................................... 91

5.1.6.1. Recorrido de evacuación ............................................................................. 91

5.1.6.1. Elementos de evacuación ............................................................................ 92

5.2. Infraestructuras ......................................................................................................... 93

6. SISTEMA DE GESTIÓN DE LA CALIDAD ...................................................................... 98

6.1. Beneficios de la implantación .................................................................................... 98

6.2. Normativa aplicable ................................................................................................... 98

6.2.1.UNE-EN ISO 9001:2008 ...................................................................................... 98

6.2.2. UNE-EN ISO/IEC 17025:2005 ............................................................................ 99

6.2.3. UNE ISO/TS 16949: 2009 ................................................................................. 100

6.3. Requisitos a cumplir según la norma UNE-EN ISO/IEC 17025 ................................ 100

7. LA ACREDITACIÓN ENAC ......................................................................................... 103

7.1. Definición de acreditación........................................................................................ 103

7.1.1. ¿Qué es ENAC? ............................................................................................... 103

7.1.2. Automoción y acreditación ................................................................................ 103

7.2. Beneficios de la acreditación ................................................................................... 103

7.2.1. Para la Empresa ............................................................................................... 103

7.2.2. Para la Administración ...................................................................................... 104

7.2.3. Para los evaluadores ........................................................................................ 105

7.2.4. Para el consumidor final .................................................................................... 105

7.3. La marca ENAC ...................................................................................................... 105

7.4. Obtención de la acreditación ENAC ........................................................................ 107

7.4.1. Paso 1. Solicitud de acreditación ...................................................................... 109

7.4.2. Paso 2. Evaluación ........................................................................................... 109

7.4.3. Paso 3. Decisión de Acreditación ...................................................................... 110

7.5. Documentación ....................................................................................................... 111

7.5.1. Documentación para la Acreditación de Laboratorios de Ensayo ...................... 111

7.5.2. Guía de uso de la acreditación en el ámbito reglamentario ............................... 112

8. ESTUDIO ECONÓMICO ............................................................................................... 113

8.1. Presupuestos .......................................................................................................... 113

8.1.1. Obra civil y actuaciones previas ........................................................................ 113

8.1.2. Adquisición medios de ensayo y equipos auxiliares .......................................... 114

8.1.3. Instalaciones ..................................................................................................... 115

8.1.4. Acreditación del laboratorio ............................................................................... 116

8.2. Inversión inicial necesaria........................................................................................ 117

8.3. Ingresos anuales ..................................................................................................... 117

8.3.1. Coste de los ensayos en laboratorios externos ................................................. 118

8.3.2. Costes del personal .......................................................................................... 119

8.4. Gastos anuales ....................................................................................................... 119

8.5. Indicadores de la inversión ...................................................................................... 122

9. IMPACTO MEDIOAMBIENTAL ..................................................................................... 124

9.1. Ahorro energético .................................................................................................... 124

9.2. Contaminación acústica .......................................................................................... 124

9.3. Emisiones CO2 ....................................................................................................... 124

9.4. Recogida residuos ................................................................................................... 125

10. CONCLUSIONES Y MEJORAS FUTURAS ................................................................ 126

10.1. Conclusiones ......................................................................................................... 126

10.2. Mejoras futuras ...................................................................................................... 126

10.2.1. Aumentar el rango y alcance de acreditaciones del laboratorio ....................... 126

10.2.2. Ampliación de la capacidad del laboratorio de vibraciones.............................. 127

10.3. Recomendaciones financieras ............................................................................... 129

BIBLIOGRAFÍA DE REFERENCIA ................................................................................... 130

ANEXOS ........................................................................................................................... 131

Anexo A. Plano de ubicación del laboratorio .................................................................. 132

Anexo B. Plano de distribución del laboratorio ............................................................... 133

Anexo C. Plano de cotas del laboratorio ......................................................................... 134

Anexo D. Plano del Layout del laboratorio ...................................................................... 135

Anexo E. Plano del mobiliario del laboratorio ................................................................. 136

Anexo F. Plano de instalación neumática del laboratorio................................................ 137

Anexo G. Plano de instalación alumbrado y potencia ..................................................... 138

Anexo H. Plano de recorridos de evacuación ................................................................. 139

Anexo I. Plano de elementos de evacuación .................................................................. 140

Anexo J. Solicitud de acreditación ENAC de laboratorio de ensayo ............................... 141

Anexo K. Procedimiento de mantenimiento preventivo para el laboratorio ..................... 151

Anexo L. Documentación técnica de los equipos............................................................ 153

Anexo M. TERMINOS Y ACRÓNIMOS .......................................................................... 157

Implantación de un laboratorio de ensayos de vibraciones

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1. PREFACIO El proyecto trata el diseño e implantación de un laboratorio de ensayos para el centro de I+D+i de un fabricante de componentes eléctricos y electrónicos para el sector del automóvil. Haremos un breve repaso a la historia de la automoción desde el punto de vista de este tipo de componentes, su evolución y la importancia que han adquirido con el paso de los años en lo que es el conjunto del vehículo.

1.1. Los inicios de la automoción y los componentes

Desde la fecha en que se realizó el que es considerado el primer viaje largo en coche, ya quedó patente la importancia que iban a tener los componentes en el automóvil.

La Sra. Bertha Ringer Benz, esposa de Karl Benz, quién había patentado 2 años antes el primer automóvil “Patent Motorwagen”, fue la protagonista de dicha proeza para la época.

Aquel 5 de agosto de 1888, a los mandos de aquel vehículo con asientos de madera y motor monocilíndrico de 958cc refrigerado por agua y 0,75cv de potencia, recorrió acompañada de dos de sus hijos los poco más de 100km de distancia que hay desde la ciudad de Mannheim hasta su pueblo natal en Pforzheim,

El viaje no estuvo exento de dificultades y durante el duro recorrido surgieron problemas de diversa índole, como ejemplo, citar que en las bajadas pronunciadas se quedó sin frenos y tuvo que reponer el cuero de los mismos en el primer pueblo que encontró. También dio problemas un cable de encendido que provocaba un cortocircuito, que se solucionó aislándolo de nuevo.

Transcurridos ya 126 años hasta el presente, estos se pueden considerar como los primeros recambios de componentes debidos al propio desgaste del vehículo.

Fig. 1. Bertha Ringer conduciendo el “Patent Motorwagen” en 1886


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1.2. La evolución de los componentes en la automoción

Desde que se comenzó a utilizar el coche para realizar viajes, la necesidad de cambiar las piezas y componentes de forma periódica se ha convertido en una condición imprescindible de explotación de los automóviles. A principios del siglo pasado se podían contar con los dedos de la mano la cantidad de marcas de coche.

En el año 1908, con Henry Ford a la cabeza convierten el Ford modelo ”T” en un coche para las masas, propiciando la producción en cadena, dándose una de las características de la segunda revolución industrial.

Fig. 2. Manual de uso del Ford modelo ”T”, dónde se recomienda utilizar piezas originales Ford

La verdadera novedad y revolución del modelo "T" respecto al resto de vehículos de la época, fue la intercambiabilidad de sus componentes.

Fig. 3. Detalle de los principales componentes del Ford modelo”T”


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Otra de las primicias, fue que a partir del año 1913, cada pieza y componente, desde la caja de cambios hasta los ejes, se fabricaba con tolerancias muy estrictas, por eso cada modelo era igual a cualquiera de los otros fabricados, eso permitía que el coche fuera producido en grandes cantidades en un tiempo en que los otros automóviles eran laboriosamente manufacturados. En ese mismo año, intentando reducir todavía más el tiempo de producción, introdujo la cadena de montaje, creando la moderna industria del automóvil. El sistema consistía en la simplificación de las 3.000 piezas de las que constaba el Ford “T “ separadas en 84 pasos distintos donde se ubicaban una serie de trabajadores, mientras una cuerda transportaba el chasis del coche a lo largo de la cadena de montaje. Este nuevo proceso redujo drásticamente los tiempos de la producción pasando de 12 horas por unidad a tan solo 90 minutos. Pero no sólo el tiempo disminuyó, se reducía dinero y mano de obra por lo que el precio final también bajo de 850 dólares a menos de 300 para el mercado estadounidense

Fig. 4. Vista de la cadena de montaje del Ford modelo”T”

Por otro lado, a día de hoy se pueden encontrar más de 600 de marcas automovilísticas, entre las más famosas podemos mencionar a: Toyota, Mercedes, Ford, Volkswagen, Audi, SEAT, Renault, Peugeot, Citroën, BMW, Fiat, Alfa Romeo, Porsche, etc. Referente a la lista de componentes y piezas de repuesto, hay que tener en cuenta que para cada modelo de cada marca se han de contemplar desde los tornillos y las alfombrillas hasta los paneles de la carrocería del vehículo y los componentes más avanzados tecnológicamente. Por lo que saber con exactitud el número de componentes y piezas que forman un automóvil, si se cuenta con los elementos más empleados en la producción, como son los tornillos y las arandelas puede ser una ardua tarea.

Aunque parezca asombroso el vehículo más sencillo, si nos basamos en el número de piezas que lo constituyen, es el de Fórmula 1. Se estima que el número total de piezas es de

unas 60.000 unidades.

Si hablamos de coches convencionales, por hacernos una idea, uno de los componentes más complejos y que cuenta con un mayor número de piezas, es la transmisión del automóvil, la cual en los coches más actuales puede llegar a superar las 400 piezas,

mientras que en el Ford Modelo “T” de 1908 eran tan solo 43 las piezas que la componían.


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En los automóviles de fabricación en serie que actualmente se comercializan, se estima que el número de piezas total del vehículo se encuentra entre las 70.000 y las 100.000

unidades, lo que equivale a más de 1000kg de peso.

No obstante, este número de piezas de recambio va variando con el transcurso de los años y con las mejoras tecnológicas que se van introduciendo, ya que van añadiéndose nuevas funcionalidades que hacen aumentar de forma notable el total de componentes y elementos que formarán el conjunto.

Fig. 5. Detalle del despiece del BMW X1

Las cadenas de montaje de la actualidad poco tienen que ver con las de 1913, las innovaciones tecnológicas que llegaron con la implantación paulatina de la robótica, hizo que la construcción del vehículo fuese más fiable y precisa, mejorando la calidad de los vehículos y la eficiencia de la producción.

Fig. 6. Vista de una cadena de montaje actual


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1.3. Relevancia de los componentes eléctricos y electrónicos en el global del vehículo

La innovación tecnológica en el sector de la automoción está entre las más innovadoras y dinámicas de la industria. Cada modelo nuevo que una marca lanza al mercado está equipado con elementos cada vez más sofisticados, que para funcionar adecuadamente necesitan materiales y componentes tecnológicamente más desarrollados y evolucionados.

Estas innovaciones tecnológicas, están detrás de cada elemento nuevo que se incorpora en los automóviles actuales, y precisan cada vez más un mayor número de componentes eléctricos y electrónicos.

Fig. 7. Identificación de algunos dispositivos electrónicos en un coche actual

En los automóviles actuales la presencia de este tipo de dispositivos electrónicos es cada vez mayor, teniendo cada vez más importancia en el conjunto global del vehículo. El cometido final de estos elementos es proporcionar al conductor y los ocupantes del vehículo una conducción más segura, más confortable y más eficiente.

Dispositivos cómo el ESP, el ABS, los airbags inteligentes y el asistente de frenada, se consideran elementos de seguridad que protegen a los ocupantes del vehículo. Otros dispositivos como el control de crucero, el climatizador, el control de la suspensión, el volante multifunción, el sistema multimedia y de navegación o el asistente de aparcamiento, se consideran elementos de confort. Y por último, respecto a los dispositivos que ayudan a la eficiencia, destacar la tecnología Start-Stop, el control del modo de conducción, o los faros con tecnología led, ayudan al vehículo a consumir menos combustible y emitir menos partículas nocivas para el medioambiente.

Otra cifra que nos da una idea de la relevancia de estos dispositivos en un vehículo actual, es que se necesitan más de 3.000 conectores para poder llevar a cabo el control eléctrico y electrónico y poder realizar operaciones tan comunes como: utilizar el elevalunas eléctrico, controlar la temperatura interna del habitáculo, visualizar la exterior, escuchar la música por los altavoces o la iluminación de los indicadores del cuadro de instrumentos.

Es evidente que la constante evolución tecnológica, hará que en los próximos años, estos dispositivos tengan todavía mayor presencia en los automóviles.


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2. INTRODUCCION

2.1. Motivación del proyecto

Desde que se empezó a considerar este proyecto, estaba concebido con el firme propósito de realizar un PFC en el cual poder desarrollar los conocimientos técnicos adquiridos en la titulación y cómo desarrollar los mismos en aplicaciones para la industria.

Por otro lado, nuestra trayectoria laboral nos ha permitido adquirir conocimientos en el sector de la automoción y en temas relacionados con la calidad.

Esto nos ha proporcionado tener una visión próxima del sector del automóvil y ser conscientes de la importancia que los ensayos tienen en el desarrollo del producto, su homologación, su certificación y su calidad final.

Por estos motivos, para llevar a cabo este proyecto decidimos crear un supuesto basado en una empresa del ámbito de la automoción, asumiendo el reto de realizar este estudio de implantación de un nuevo laboratorio vibraciones para un proveedor de componentes eléctricos y electrónicos de la industria del automóvil.

2.2. Situación actual de la industria del automóvil

2.3.1. El mercado automovilístico español

Tomando como base los últimos datos publicados en diciembre por ANFAC, se constata en el año 2014 un aumento de ventas y matriculaciones en el mercado automovilístico nacional, así como un aumento en la producción de automóviles y en las exportaciones de los mismos.

Fig. 8. Fuente ANFAC: Evolución de la producción y la exportación española


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2.3.1.1. Venta de vehículos

Las ventas de turismos han acabado el año 2014 con un incremento del 18,4% respecto al ejercicio 2013, tras haberse alcanzado un total de 855.308 matriculaciones, siendo los mejores datos desde el año 2010. En el mes de diciembre se han matriculado un total de 73.440 turismos, con un incremento del 21,4%, siendo una de los mayores subidas del año. Con estos datos, el mercado de turismos español ha sido capaz de enlazar 16 meses de incrementos seguidos. En cuanto a las ventas de vehículos comerciales, han acabado el año 2014 con un incremento del 33,3% respecto al ejercicio 2013, tras haberse alcanzado un total de 113.782 matriculaciones, siendo también los mejores datos desde el año 2010. En el mes de diciembre se han matriculado un total de 11.676 vehículos comerciales, con un incremento del 37,9%, siendo una de los mayores subidas del año. Por otro lado, todas las noticias relacionadas con este sector, como la aprobación en España de las ayudas de los planes PIVE 7 y PIMA Aire para el año 2015 e indicadores tales como el auge de los mercados emergentes y la evidente recuperación del mercado europeo, indican que respecto a las cifras obtenidas en 2014, la tendencia será alcista para el año 2015. 2.3.1.2. Fabricación de vehículos

Los datos de Noviembre nos indican que el incremento final fue del 7,36% con un total de 211.421 unidades fabricadas.

Así, la fabricación de vehículos en España creció un 10,85 % hasta el mes de Noviembre de 2014, con un volumen total de 2.248.433 unidades.

Según estos datos, en el año 2014 se estima que se fabricarán en España 2.4 millones de vehículos, un 14% más que en 2013.

T

Tabla 1. Fuente ANFAC: Producción española de vehículos en el último año


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Tabla 2. Fuente ANFAC: Incremento interanual de la fabricación española de vehículos en el último año La previsión para el 2015 es que se fabricarán 2,6 millones de automóviles, un 8% más que 2014. Por otro lado, los fabricantes se ponen como objetivo llegar a los 3 millones en 2017.

2.3.1.3. Exportaciones de vehículos

La demanda de los vehículos españoles sigue creciendo fuera de nuestras fronteras. En el periodo Enero-Noviembre se exportaron 1.903.885 unidades, con un crecimiento del 7,93%. El mes de Noviembre crece un 11,20% con 184.839 unidades exportadas.

Tabla 3. Fuente ANFAC: Exportación española de vehículos en el último año

La exportación de vehículos superará en 2014 los 2 millones de unidades. En España el automóvil representa entre el 15% y el 16% de las exportaciones totales.


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En cuanto al valor comercial y económico de las mismas, hasta el mes de Octubre, se habían exportado vehículos y piezas por valor de 33.000 millones de €. Sólo en vehículos esta cifra alcanza los 24.143millones de €, un incremento del 11,3%. Esto arroja un superávit comercial de los fabricantes de automóviles hasta el mes de Octubre de 13.631millones de €, que está en línea con la previsión de alcanzar los 16.000 millones de € al finalizar el año.

Fig. 9. Fuente ANFAC: Incremento interanual de la exportación española de vehículos en el último año

2.3.2. Fabricantes de componentes para la automoción

Desde hace años España cuenta con una de las industrias de fabricación de componentes de automoción más potentes a nivel mundial. Se encuentra en la 6ª posición mundial en lo que se refiere a facturación, y ocupa el 3er puesto en la Unión Europea.

Este sector exporta de forma directa el 60% de su producción y un 82% si se llegan a considerar los componentes instalados en vehículos exportados.

Dicha industria abarca gran cantidad de productos divididos de la siguiente forma:

Componentes motor y transmisión Componentes eléctricos y electrónicos Piezas chasis Carrocería Neumáticos y llantas Caucho y goma Accesorios Rodamientos Plásticos y químicos Herramientas y útiles, equipos de comprobación y verificación, etc.

La asociación española SERNAUTO representa los intereses de los fabricantes asociados, ante organismos nacionales e internacionales, públicos y privados.


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El sector en España tiene cerca de 250.000 empleados y lo componen cerca de 1000 empresas distribuidas por todo el territorio.

Fig. 10. Fuente SERNAUTO: Fabricantes de componentes por autonomías

Los fabricantes de componentes son una pieza clave en el sector de la automoción, porque concentran cerca del 75% de la producción de los elementos que constituyen un vehículo, el otro 25% es competencia directa del fabricante de vehículos.

La previsión para los próximos años es que esta proporción se incremente, fundamentalmente por la especialización en las nuevas tecnologías, habiendo cada vez una mayor tendencia a externalizar más procesos productivos y delegar mayores cometidos en materia de I+D a los proveedores de componentes.

Por otro lado, los fabricantes de automóviles han centrado su actividad en el diseño del vehículo, la fabricación de los motores y la carrocería, el ensamblaje, la comercialización del vehículo, sin olvidar la relación con el cliente.

Para hacernos una idea global, un puesto de trabajo de un fabricante de coches comporta 4 puestos en el sector de los componentes de la automoción.

Fig. 11. Porcentaje de elementos que aportan ambas industrias al global del vehículo


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2.3. Descripción de la empresa

La empresa objeto del estudio es un fabricante OEM de componentes eléctricos y electrónicos para el sector de la automoción, siendo proveedor a nivel nacional de algunos fabricantes de automóviles y de las cadenas de distribución de recambios y repuestos. La exportación que actualmente realiza la empresa es un pequeño porcentaje del total de la producción. Está ubicada en el Consorcio de la Zona Franca de Barcelona, por lo que dispone de buenos canales de transporte debido a la infraestructura ya existente, permitiendo buenas comunicaciones con la mayoría de fabricantes de automóviles del resto del territorio.

Fig. 12. Ubicación geográfica de los fabricantes de automóviles en España

2.3.1. Productos que fabrican

Actualmente la empresa fabrica los componentes eléctricos y electrónicos en las instalaciones, por lo que se controla directamente todo el proceso productivo, ya que cuenta con las herramientas y la maquinaria necesarias para la fabricación y ensamblaje completo de los mismos. Se desarrollan y fabrican elementos tales como: cuadros de instrumentos, retrovisores, faros, pilotos, alarmas y bocinas.

Fig. 13. Muestras de algunos productos fabricados en la empresa


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2.3.2. Situación actual

En los últimos años, la empresa ha orientado todos sus esfuerzos en aumentar la producción y ha logrado ir creciendo gracias sobre todo a su gran capacidad operativa y de procesos. La empresa tiene implantado un control de calidad basado en la inspección en masa durante todo el proceso de fabricación, estando los equipos de validación de seguridad eléctrica integrados en la propia línea de producción.

Fig. 14. Mini laboratorios de seguridad eléctrica para control de la producción

En lo referido al desarrollo de producto, la empresa cuenta con un departamento de diseño que a día de hoy cubre las necesidades de los clientes actuales, cooperando en el diseño de aquellos componentes que los clientes solicitan. También dispone, de un pequeño centro de I+D+i con un laboratorio no acreditado, dónde se realizan algunos trabajos de investigación y desarrollo, así como ensayos de validación y comprobación de los componentes eléctricos y electrónicos que se fabrican, cumpliendo con las normas y estándares establecidos en ese sentido. En dicho laboratorio se realizan algunos ensayos ambientales climáticos y seguridad eléctrica (resistencia de aislamiento, consumo de corriente, eficacia de tierra, etc.).

Fig. 15. Laboratorio para realizar ensayos climáticos y eléctricos


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Por otro lado, para completar los ensayos de I+D, de homologación y certificación y así poder cumplir las normas internacionales que se aplican a este tipo de componentes, la empresa externaliza a laboratorios externos autorizados y acreditados los ensayos ambientales mecánicos (vibraciones) y otros ensayos eléctricos más complejos de compatibilidad electromagnética (emisiones radiadas, inmunidad, emisión conducida, etc.).

Fig. 16. Laboratorio externo realizando ensayo de vibración en retrovisores

Fig. 17. Laboratorio externo realizando ensayo EMC en cuadro de instrumentos


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2.4. Objeto del proyecto

El clima de bonanza general en el sector de la automoción y el crecimiento actual tanto de la producción española como de las exportaciones, auguran un crecimiento aún mayor para este sector en los próximos años. Todos estos datos hacen prever a corto y medio plazo una mayor demanda de todos los productos que se fabrican en la industria del automóvil, como son los componentes y los materiales auxiliares. En referencia al tema que nos ocupa y vamos a estudiar, el aumento progresivo de los dispositivos electrónicos en los automóviles y la forma en que estos interactúan con las personas y el resto del vehículo, hacen cada vez más difícil el diseño, el desarrollo y la validación de los mismos.

Por otro lado, se ha de tener presente que la tendencia actual de los fabricantes de automóviles, es externalizar cada vez más procesos productivos y encomendar mayores atribuciones en el campo de la investigación, el desarrollo y la innovación.

Frente a este desafío, se ha realizado un estudio estratégico del sector analizando los factores que afectan al ámbito de la empresa:

Evaluación de las capacidades actuales

Análisis de las empresas de la competencia y sus estrategias

Consideración de las carencias a solucionar

Satisfacción de los niveles de calidad que actualmente exigen los clientes. Basándonos en el estudio estratégico realizado, nos planteamos los riesgos previstos y las posibles mejoras de la empresa.

2.4.1. Riesgos previstos para la empresa

Ante un panorama actual como este, la empresa ha comenzado a recibir de sus clientes un aumento de solicitudes para obtener una colaboración más directa y dinámica para el desarrollo de los nuevos productos. Si la empresa no cambia su estrategia orientada principalmente a la producción y no toma medidas al respecto, puede incurrir en los siguientes riesgos de crecimiento futuro:

Capacidades I+D insuficientes

No poder satisfacer las nuevas demandas de los actuales clientes

No poder asumir las demandas de los nuevos clientes

Pérdida de calidad en el producto final

Deterioro de la imagen de empresa respecto a sus clientes

Aumento de los costes / Pérdida de competitividad

Pérdida oportunidad exportaciones / Pérdida de clientes


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2.4.2. Propuestas de mejora recomendadas

Para poder dar cobertura a todas las exigencias del sector y contemplando los riesgos a los que se expone si se apuesta por una estrategia equivocada, se presenta a la empresa una alternativa basada en fortalecer su capacidad en el desarrollo de producto, impulsando las tareas de I+D+i y el aseguramiento de la calidad. Esta nueva estrategia empresarial tiene como objetivo conservar los niveles de excelencia productiva, pero además, crear nuevas capacidades competitivas que proporcionen un valor añadido y diferencien a la empresa del resto de competidores de su sector. De la alternativa presentada se extraen las siguientes propuestas de mejora:

Ampliación y refuerzo del departamento de diseño

Potenciar y consolidar el centro de I+D+i con nuevos laboratorios

Implantar sistema de calidad en los laboratorios

Acreditación de los diferentes laboratorios

Contratación y formación de personal cualificado

En resumen se aconseja a la empresa aumentar sus capacidades en I+D+i y mejorar la experiencia en certificaciones de calidad, para así poder obtener un producto de calidad superior y diferenciado tecnológicamente del resto, obteniendo así una ventaja competitiva respecto a la competencia del sector de la automoción.

Llevar a cabo estas propuestas y materializarlas comporta un gran esfuerzo económico, por lo que se plantea a la empresa realizar el proyecto por fases, siguiendo un plan de inversiones. En este estudio, trataremos la primera fase de ese proyecto, que contempla y tiene como objeto la definición de todos los elementos y aspectos necesarios en cada etapa de la implantación de un nuevo laboratorio de vibraciones, para la realización de ensayos ambientales mecánicos (vibraciones).


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2.5. Alcance del proyecto

El alcance de este proyecto comprende la creación y planteamiento de un supuesto para la industria del automóvil, el análisis y exposición de las problemáticas de la empresa establecida y las medidas que se recomiendan adoptar para solventar dichas cuestiones y así garantizar su viabilidad futura en un sector tan competitivo como el de la automoción. Para llevar a cabo parte de esas mejoras, se contempla el estudio de la implantación de un nuevo laboratorio de ensayos de vibraciones para el centro de I+D+i de la empresa. Se estudiará la ubicación más idónea del laboratorio, su diseño y la distribución de las zonas de ensayo, control, recepción de muestras y otras estancias de trabajo necesarias. Se realizará la elección de los medios de ensayo, así como de los equipos necesarios para el control del sistema de vibraciones y equipos de medida auxiliares. Se planteará un sistema de gestión de la calidad específico para el laboratorio, que sea conforme con el plan general de calidad de la empresa, estableciendo también las pautas a seguir para obtener la acreditación ENAC de los ensayos que se realicen.

También se incluirá el estudio económico y se valorará la viabilidad del proyecto, analizando por último el impacto medioambiental.

Fig. 18. Puntos tratados y estudiados para la implantación del laboratorio


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Cómo punto de partida para el estudio de la implantación del laboratorio, se establece el cumplimiento de la norma UNE-EN ISO/IEC 17025:2005, la cual nos definirá el conjunto de requisitos técnicos y los relativos a la gestión que deberá cumplir nuestro laboratorio de ensayos de vibraciones, para demostrar su competencia y su capacidad de producir resultados técnicamente válidos a nivel internacional. El presente proyecto contempla todas las fases necesarias para la ejecución del laboratorio:

Diseño completo del laboratorio (ubicación, dimensiones, distribución).

Infraestructuras e instalaciones de red: eléctrica, iluminación, neumática, informática.

Elección de los medios de ensayo y los equipos de medida.

Equipos y maquinaria auxiliar.

Mobiliario de laboratorio y oficina.

El sistema de gestión de la calidad del laboratorio contemplará:

Normativa específica aplicable a laboratorios de ensayo.

Normativa aplicable a proveedores de automoción.

Las siguientes normas de ensayos ambientales mecánicos para equipos y componentes eléctricos / electrónicos:

- UNE-EN 60068-2-6:2008 Ensayos ambientales. Parte 2-6: Ensayos. Ensayo Fc: Vibración (sinusoidal).

- UNE-EN 60068-2-27:2011 Ensayos ambientales. Parte 2-27: Ensayos. Ensayo Ea y guía: Choque.

- UNE-EN 60068-2-64:2009 Ensayos ambientales. Parte 2-64: Ensayos. Ensayo Fh: Vibración aleatoria de banda ancha y guía.

Procedimiento de ensayo de vibraciones.

Procedimiento informes de ensayo.

Procedimiento de mantenimiento preventivo.

Procedimiento de prevención de riesgos laborales.


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La acreditación del laboratorio contemplará:

Acreditación UNE-EN ISO/IEC 17025:2005

Acreditación ENAC en las normas relativas a ensayos ambientales mecánicos en su apartado de vibraciones, para equipos y componentes eléctricos / electrónicos:

UNE-EN 60068-2-6:2008

Ensayos ambientales. Parte 2-6: Ensayos. Ensayo Fc: Vibración (sinusoidal). UNE-EN 60068-2-27:2011

Ensayos ambientales. Parte 2-27: Ensayos. Ensayo Ea y guía: Choque. UNE-EN 60068-2-64:2009

Ensayos ambientales. Parte 2-64: Ensayos. Ensayo Fh: Vibración aleatoria de banda ancha y guía.

Pasos para la obtención de la acreditación Con todos los datos necesarios obtenidos y planteados, se elaborará:

Estudio económico

Impacto medioambiental

Conclusiones y mejoras


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3. VIBRACIONES. ENSAYOS AMBIENTALES MECÁNICOS. Cuando un fabricante quiere valorar si el producto que va a diseñar, desarrollar, y después fabricar, es viable y cumple las exigencias de calidad del mercado, no le resulta válido el comprobar solo su funcionalidad. Deberá comprobar también cómo se comporta en las condiciones ambientales que sufrirá durante su vida útil, como por ejemplo, temperaturas extremas, humedad, vibración, aceleración, etc. Es por ello, que se precisa la realización de los ensayos ambientales.

Estos ensayos aportarán al fabricante y al departamento de I+D información muy útil para la mejora continua del producto durante todo su desarrollo.

Dichos ensayos se pueden realizar en cualquier fase del desarrollo del producto, desde su diseño inicial hasta su producción, aportando un valor añadido al producto fabricado y aumentando la satisfacción final del cliente.

AENOR contempla los siguientes ensayos ambientales:

Frio, vibraciones, choque (impacto), calor seco, calor húmedo, ciclos de temperatura y humedad, niebla salina, resistencia a la corrosión (SO2), caída libre y martillo.

En nuestro estudio tratamos concretamente los ensayos de vibración senoidal, random y choque clásico.

3.1. Introducción a las vibraciones mecánicas

3.1.1. ¿Qué es la vibración?

Se denomina vibración al proceso dinámico donde la propagación de ondas elásticas produce deformaciones y tensiones sobre un medio continuo o posición de equilibrio.

La posición de “equilibrio” es la que se alcanzará cuando la fuerza que actúa sobre el sistema sea cero.

La mayor parte de las vibraciones en máquinas y estructuras son indeseables, porque aumentan los esfuerzos y las tensiones, y por las pérdidas de energía que las acompañan. Además, son fuente de desgaste de materiales, de daños por fatiga, y de movimientos y ruidos molestos.

En otros casos son provocadas intencionalmente o forman parte inherente de máquinas o procesos industriales, como en ensayos de vibraciones, máquinas de limpieza por ultrasonidos, vibradores neumáticos, cribas, etc.

Fig. 19. Modelo de vibrador simple. Sistema masa-resorte-amortiguador.

http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_el%C3%A1stica

http://es.wikipedia.org/wiki/Deformaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_mec%C3%A1nica


24

3.1.2. Clasificación de las vibraciones

Según el tipo de excitación externa, las vibraciones se pueden clasificar de la siguiente manera:

Libres: Cuando no existen fuerzas o acciones exteriores directamente aplicadas al sistema a lo largo del tiempo.

Forzadas: Cuando existen acciones o excitaciones directamente aplicadas al sistema a lo largo del tiempo, además de las fuerzas o momentos internos.

A su vez, éstas pueden subdividirse, dependiendo de la existencia o no de fuerzas que amortigüen el movimiento vibratorio, en:

No amortiguadas: No existe resistencia pasiva al movimiento del sistema.

Amortiguadas: Existen resistencias pasivas al movimiento del sistema, es decir, fuerzas o momentos disipativos que amortiguan el movimiento vibracional.

3.1.3. Vibraciones libres sin amortiguamiento

La ecuación diferencial del movimiento es:

(3.1)

su ecuación característica es , siendo sus raíces imaginarias conjugadas

√

(3.2)

La solución general es de la forma (3.3)

donde a (amplitud) y (fase inicial) son constantes que se pueden determinar, en cada caso particular, con las condiciones iniciales.

La frecuencia natural de la vibración y el periodo son:

√

; √

(3.4)

En este tipo de vibraciones se cumple el principio de la conservación de la energía mecánica, es decir, la suma de la energía cinética y el potencial elástico es constante e igual a la energía total comunicada inicialmente al sistema, por lo que se verifica la ecuación:

(3.5)

3.1.4. Vibraciones libres con amortiguamiento

En todos los movimientos oscilantes reales, se disipa energía mecánica debido a algún tipo de fricción o rozamiento, de forma que dejado libremente a sí mismo, un muelle o péndulo finalmente deja de oscilar. Este movimiento se denomina amortiguado y se caracteriza porque tanto la amplitud como la energía mecánica disminuyen con el tiempo.

La ecuación diferencial que describe el movimiento es:

La ecuación característica es , cuyas raíces son:

√(

)

(3.6)


25

Si definimos

, podemos reescribir la ecuación (3.6) como:

√ (3.7)

Dependiendo del valor de existen tres casos posibles:

Sistema sobreamortiguado ( )

Sistema con amortiguamiento crítico ( )

Sistema subamortiguado ( )

Para los casos sobreamostiguados o con amortiguamiento crítico, el sistema no oscila, por lo que no presenta demasiado interés en este estudio.

Para un sistema subamortiguado, las raíces son complejas conjugadas e iguales a,

√

(3.8)

donde la frecuencia de la vibración amortiguada es √

La solución es de la forma:

(3.9)

Las constantes y vienen dadas por las condiciones iniciales.

Esta solución es aproximadamente armónica, es decir, existe una cierta periodicidad en el

movimiento con intervalos temporales medidos por el pseudoperiodo , que se puede

expresar en función del periodo correspondiente a la vibración no amortiguada a través de la relación,

√ (

) ; donde es el amortiguamiento crítico. (3.10)

En las vibraciones amortiguadas, por ser un movimiento aperiódico no se cumple el principio de conservación de la energía mecánica, pero si el de la energía total, de forma que la suma de la energía cinética, el potencial elástico y la energía disipada en forma de calor, debido a la existencia de amortiguamiento, se mantiene constante,

∫

(3.11)

los dos primeros términos disminuyen con el tiempo y la energía disipada tiende a alcanzar el valor máximo, es decir, existe transformación de energía mecánica en calorífica.

Fig.20.. Tipos de vibraciones libres amortiguadas


26

3.1.5. Vibraciones forzadas sin amortiguamiento

Para mantener un sistema oscilando es necesario suministrar energía al sistema. Cuando esto se lleva a cabo se dice que la vibración es forzada. Si se introduce energía en el sistema a un ritmo mayor del que se disipa, la energía aumenta con el tiempo, lo que se manifiesta por un aumento de la amplitud del movimiento. Si la energía se proporciona al mismo ritmo que se disipa, la amplitud permanece constante con el tiempo.

La ecuación diferencial del movimiento, teniendo en cuenta que la fuerza es de tipo periódico, es

(3.12)

donde es la amplitud y la frecuencia de la fuerza excitadora.

La solución general de la ecuación diferencial se obtiene añadiendo a la solución general de

la homogénea una solución particular de la completa ( ).

La ecuación característica es , y las raíces de esta ecuación son imaginarias

conjugadas √

(3.13)

La solución general de la homogénea es de la forma , y la solución

particular de la completa es . Así, la solución general tiene la expresión:

(3.14)

En todo sistema no amortiguado y forzado armónicamente, el movimiento resultante se compone de la suma de dos armónicos, uno propio del sistema de frecuencia natural y

otro debido a la frecuencia de la fuerza externa . La amplitud A del primero depende de las condiciones iniciales y se anula para unos valores particulares, la amplitud del segundo depende de la proximidad de ambas frecuencias.

3.1.6. Resonancia

Una característica muy significativa del movimiento oscilatorio tiene lugar cuando la fuerza excitadora de las vibraciones tiene unas frecuencias particulares para cada sistema dado, produciéndose cambios de configuración de los sistemas mecánicos que alcanzan amplitudes notables, y generalmente, ocasionan un fallo estructural del material sometido a esfuerzos de rotura. Este riesgo se produce incluso con fuerzas excitadoras muy pequeñas ya que depende de las características del montaje y del material sometido a vibración.

Cuando la frecuencia de la fuerza exterior es igual a la frecuencia natural del sistema ( ), se produce la resonancia. En este caso la solución particular dada

en 3.10 ya no es correcta, y será de la forma , por lo que la solución

general será de la forma:

(3.15)

Expresión que corresponde a un movimiento armónico de frecuencia y cuya amplitud

tiende a infinito cuando .


27

Fig.21. Fenómeno de la resonancia

3.1.7. Vibraciones forzadas con amortiguamiento

La ecuación diferencial del movimiento, teniendo en cuenta que la fuerza es de tipo

periódico , es de la forma .

La ecuación característica correspondiente a la ecuación diferencial homogénea es . Si se supone amortiguamiento inferior al crítico para que resulte una vibración, la solución general se obtiene añadiendo a la solución de la ecuación diferencial de la

homogénea una solución particular de la completa ( resultando:

(3.16)

Fig. 22. Vibración forzada con amortiguamiento

Esta solución consta de dos partes, una solución transitoria, en la que el primer término ( ),

al cabo de un tiempo generalmente breve se reduce a un valor despreciable, y la solución

estacionaria ( ), en la que el sistema oscila con la frecuencia de la fuerza externa,

amplitud A constante, y desfase , cuyas expresiones son:

;

√[ (

) ]

(

) (3.17)


28

3.1.8. Definiciones y unidades

Vibración: Una partícula experimenta una vibración mecánica cuando a intervalos iguales, pasa por las mismas posiciones con la misma velocidad. Se define por su desplazamiento, velocidad, aceleración y frecuencia.

Desplazamiento (amplitud): Es la distancia entre la posición del cuerpo que vibra y su

posición de reposo.

Velocidad: Es la derivada del desplazamiento con respecto al tiempo. Se mide en m/s.

Aceleración: Es la variación de la velocidad por unidad de tiempo y equivale a la segunda

derivada del desplazamiento con respecto al tiempo. Se mide en m/s2.

Frecuencia propia o natural del sistema: Es la frecuencia en la cual oscilaría el sistema si

se lo sacara de su estado de equilibrio. Es función de la masa y de la elasticidad de todos los sistemas que lo componen. Se mide en Hz.

Oscilación libre: Movimiento periódico e indefinido que se produce en torno a una posición de equilibrio estable en ausencia de fuerzas no conservativas.

Oscilación forzada: Las oscilaciones forzadas resultan de aplicar una fuerza externa

periódica y de magnitud constante sobre un sistema.

Resonancia: Cuando un sistema es excitado por una fuerza armónica externa, cuya

frecuencia es igual a la frecuencia natural del sistema, la amplitud de la vibración crece y se dice que el sistema está en la resonancia.

Amortiguamiento: Cualquier influencia que extrae energía a un sistema en vibración.

Rigidez: Es la capacidad de un elemento estructural para soportar esfuerzos sin adquirir

grandes deformaciones y/o desplazamientos. Se mide en N/m.

Impedancia mecánica: En una estructura, es el cociente entre la fuerza aplicada en un

punto y la velocidad resultante en ese mismo punto. Se mide en N/m/s.

3.2. El laboratorio de vibraciones

Los productos son susceptibles de sufrir vibraciones en algún momento de su ciclo de vida, ya sea durante su fabricación, en el medio de transporte para su distribución, o durante el

uso que le vaya a dar el cliente final.

Los ensayos de vibración son capaces de reproducir las mismas oscilaciones que se producirán durante la vida útil del producto, obteniendo valiosa información que nos permitirá solucionar posibles problemas y así mejorar la calidad del producto.

Los ensayos de vibraciones se pueden aplicar en cualquier fase del proceso de desarrollo

del producto:

En la fase de diseño: Elección de los materiales adecuados en función del comportamiento que van a desempeñar, y disposición adecuada de las partes que constituyen el producto.

http://es.wikipedia.org/wiki/Elemento_estructural

http://es.wikipedia.org/wiki/Esfuerzo_interno

http://es.wikipedia.org/wiki/Deformaci%C3%B3n


29

En la fase de producción: Para comprobar que se cumplen los estándares de calidad del producto.

En la fase de embalaje y transporte: Para estudiar y elegir el embalaje adecuado, y garantizar que el producto llega a su destino en buenas condiciones.

3.2.1. El sistema de vibración

El propósito de los sistemas de ensayo y simulación de vibraciones es por tanto, emular en condiciones controladas de laboratorio solicitaciones vibratorias sobre elementos, tipificadas y normalizadas, para caracterizarlos en sus diferentes etapas.

Un laboratorio de ensayos de vibración debe contemplar un sistema de vibraciones que incluya los siguientes equipos y elementos:

Vibrador electrodinámico

Amplificador de potencia

Controlador de vibraciones

Acelerómetros de control

Ordenador de control y software de control

Cámara climática (para ensayos combinados con temperatura)

Fig. 23. Composición del sistema completo de vibraciones


30

3.2.2. El vibrador electrodinámico

El principio de funcionamiento de un vibrador es como el de un altavoz. En un altavoz, la bobina mueve una membrana suspendida en un campo magnético permanente. Al moverse la membrana se producen ondas sonoras. La señal eléctrica viene amplificada por el equipo de reproducción.

En un vibrador electrodinámico existen dos campos magnéticos concéntricos coaxiales, que al igual que un altavoz, la bobina central se desplaza moviéndose en función de la señal que reciba.

La armadura está suspendida en un campo electromagnético que al moverse produce la vibración.

El campo exterior fijo es generado por un bobinado con alimentación constante, por lo que no varía durante el ensayo, pero se desmagnetiza en ausencia de alimentación. Por el contrario, la bobina central que está suspendida neumáticamente recibe la señal específica del control de la vibración. Un tercer bobinado “antigaussing” evita la salida del flujo magnético al exterior del vibrador.

Fig. 24. Identificación de los principales elementos externos de un vibrador


31

Fig. 25. Vista en corte de un vibrador electrodinámico

La fuerza que la bobina de la armadura es capaz de proporcionar es proporcional a la corriente que circula por la misma. Para calcular esta fuerza, se puede aplicar la siguiente formula:

Dónde:

F: Fuerza producida en expresada en Newtons [N] B: Densidad del flujo magnético expresado en Tesla [T] I: Corriente expresada en Amperios [A] L: Longitud expresada en metros [m]

Fig.26. Regla de la mano izquierda. Diagrama vectorial. Magnitudes vectoriales en la armadura.

El diseño de un vibrador en el cual la armadura se desplace arriba y abajo es un proceso relativamente sencillo.

Hemos de asegurar en el diseño los siguientes aspectos:

Minimizar los movimientos rotacionales y perpendiculares

Que la armadura sea ligera, pero tan resistente como sea posible


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En el caso particular que nos ocupa, el laboratorio contará con un equipo combo, formado por un vibrador electrodinámico al que se le puede unir una mesa deslizante, pudiendo realizar ensayos en el eje vertical y también en el eje horizontal.

Mencionar la importancia de los amortiguadores de aire, que permitirán aislar las vibraciones del suelo y además dar estabilidad en ensayos realizados a baja frecuencia.

Fig. 27. Identificación de los principales elementos externos de un combo

3.2.3. El amplificador de potencia

El amplificador proporciona la potencia necesaria a la bobina de la armadura del vibrador.

El vibrador electromecánico es un equipo de gran potencia, por lo que necesita que la señal generada por el controlador sea amplificada a niveles de tensión comprendidos entre 70 y 120 voltios.

La potencia es el producto de la velocidad y la corriente. De forma simple, podemos decir que a más velocidad requerida por la armadura del vibrador, mayor variación de tensión necesitamos proporcionar. Asimismo, a más aceleración o fuerza requerida, más corriente consumirá el vibrador, y más corriente debemos suministrar.

La velocidad es proporcional a la tensión

La fuerza es proporcional a la corriente

La aceleración es proporcional a la corriente


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Fig. 28. Flujo de señales entrada-salida en el amplificador Fig. 28. Ganancia de tensión

Como ejemplo, mencionar un amplificador de los que podemos encontrar en el mercado de 10 KVA de potencia, este amplificador tiene una tensión de salida de 100 voltios eficaces (rms) y proporcionará una corriente de 100 amperios eficaces (rms).

Si la ganancia del amplificador es 100, quiere decir que para una entrada de 1 voltio rms la salida será de 100 voltios rms.

Añadir que el amplificador además de proporcionar la potencia necesaria a las bobinas de campo del vibrador, también alimenta la turbina de refrigeración del mismo.

Además internamente contiene una serie de circuitos de seguridad que abortan el ensayo en caso de producirse cualquier anomalía, como por ejemplo, sobredesplazamiento del vibrador, exceso de temperatura en el amplificador, etc.

3.2.4. El controlador de vibraciones

El controlador de vibraciones tiene tres funciones principales:

Genera la señal de salida al amplificador con la forma y nivel requeridos según la especificación del ensayo (senoidal, random, choque, etc...)

Compara la señal de entrada del acelerómetro de control con la predefinida del ensayo y ajusta la señal de salida consecuentemente.

Se comunica con el ordenador de control y muestra gráficamente las señales de los acelerómetros de control y respuesta.


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Fig. 29. Controlador de vibraciones de la firma LDS

El controlador se entrega con un software de control para PC que consta de diferentes módulos para realizar distintos tipos de ensayos. Cada uno de los módulos posee su propia licencia.

Los ensayos más importantes que se pueden realizar son:

Senoidal, Random, Choque clásico, búsqueda de frecuencias de resonancia, barrido senoidal, seno sobre random y random sobre random,

Es un sistema multitarea real y constituye un lazo de control mediante un DSP (Digital Signal Processor) que es independiente del PC. Esto permite liberar al PC de esta carga de trabajo.

El controlador se puede comunicar con el PC mediante cable USB, o incluso ethernet si dispone de una interfaz de red. La ventaja de disponer de una interfaz de red es el poder colocar al controlador muy cerca del vibrador, minimizando el ruido y mejorando la señal. El PC puede estar situado en un lugar más alejado, en una sala de control, ya que el protocolo ethernet soporta grandes distancias.

Posee múltiples entradas y salidas analógicas con sus correspondientes convertidores, ADC (Analog to Digital Converter) y DAC (Digital to Analog Converter) respectivamente. El ADC se encarga de convertir la señal analógica que proviene del acelerómetro de control en una señal digital para que pueda ser tratada por el DSP. El DAC convierte la señal digital procesada, en una señal analógica adaptada a los niveles requeridos por el amplificador.

Dependiendo del tipo de ensayo y del producto, nos puede interesar colocar más de un acelerómetro de control en lugares de nuestro interés, aprovechando la capacidad de multiples entradas del controlador. Esto puede ser de utilidad en productos que no presentan una rigidez homogénea, y deseamos conocer las frecuencias de resonancia que se generan en diferentes lugares, o para evaluar la transmisibilidad existente entre el utillaje y el objeto a ensayar. Además, también permite obtener una media ponderada de todas las señales de control o asignar un peso independiente a cada una de ellas.


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3.2.4.1. El software de control

El software de control nos permite introducir todos los parámetros necesarios para realizar el ensayo, monitorizar en todo momento la evolución de las señales que intervienen, y exportar los datos obtenidos.

Dependiendo de las licencias que tengamos, la aplicación dispondrá de la capacidad de ensayar unas señales u otras.

Antes de comenzar el ensayo, debemos parametrizarlo, introduciendo manualmente los datos según la normativa a cumplir, como la frecuencia, ancho de banda, amplitud de la aceleráción, amplitud PSD, número de ciclos, etc. También debemos introducir algunos parámetros físicos de la pieza a ensayar, como masa, y las sensibilidades de los acelerómetros calibrados. También podemos importar un perfil previamente guardado.

Fig. 30. Pantalla típica de ensayo

La monitorización de los datos y gráficas es configurable, y permite visualizar las diferentes señales que intervienen en el ensayo.

Estas señales son las siguientes:

Señal de perfil: Es la señal de consigna que se establece para cumplir las especificaciones del ensayo.

Señal de control: Es la señal instantanea recibida del acelerómetro de control.

Señal drive: Es la señal corregida que envia el controlador al amplificador para que actue sobre el vibrador y mantenga la vibración según la señal del perfil.


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Señal de alarma: Es un intervalo con un máximo y mínimo que no debe exceder la señal de control, e indica la tolerancia especificada en las condiciones del ensayo.

Señal de parada: Es un intervalo donde se establece un máximo o mínimo que no debe exceder la señal de control. Para el ensayo como medida de seguridad, y evita la rotura del vibrador en caso que se excendan sus límites físicos.

Todas las señales se pueden presentar al usuario de forma numérica y gráfica. Se puden realizar de esta manera análisis en el dominio frecuencial y temporal, dependiendo del tipo de señal. Pueden ser PSD, espectro de amplitud o formas de onda, como la aceleración, velocidad, y desplazamiento.

El software también es capaz de generar informes y tablas, para luego ser exportarlos a un procesador de texto u hoja de cálculo.

3.2.5. Acelerómetros de control

Para poder analizar lo que ocurre durante un ensayo de vibraciones, necesitamos algún elemento que nos convierta la energía vibratoria en una señal eléctrica proporcional. Para nuestro propósito utilizaremos como transductor el acelerómetro.

El acelerómetro es un transductor electromecánico que al ser sometido a una aceleración, produce una pequeña señal eléctrica que convenientemente amplificada y acondicionada podemos medir.

Fig. 31. Acelerómetro piezoeléctrico con módulo ICP

Existen distintas tecnologías en la fabricación del elemento sensor del acelerómetro. Estas, determinan las propiedades y características del sensor.

Dentro de las tecnologías más importantes están los piezoresistivos, piezoeléctricos, piezoeléctricos con electrónica incorporada, y capacitivos.

Para la elección del tipo de acelerómetro, debemos tener antes en cuenta las características que van a presentar nuestros ensayos de vibraciones:

Es un sistema dinámico.

Rango de la aceleración.

Ancho de banda.

Tipo de señal de excitación. Señal rápida o lenta.


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Frecuencias naturales del sistema.

Medidas en un único eje cada vez (uniaxial).

Condiciones climáticas de temperatura y humedad.

Todas estas características dan información del tipo de aceleración que es capaz de medir el acelerómetro, por lo que vamos a explicar brevemente cada una de ellas.

Los acelerómetros para medidas dinámicas están preparados para medir señales de aceleración que varían en el tiempo.

Se pueden diferenciar en dos tipos:

Las persistentes

Las transitorias

Las persistentes son aceleraciones que se prolongan en el tiempo, y suelen ser señales armónicas, mientras que las transitorias son las que suceden en un espacio de tiempo muy breve, y suelen venir provocadas por impactos.

El rango de la aceleración nos indica las variaciones de la amplitud en la aceleración presentes en el ensayo. En ensayos de impacto estas variaciones pueden ser bastante grandes. Esto determinará la aceleración máxima que deberá soportar el acelerómetro.

Dependiendo de la señal de excitación y su ancho de banda, se definirá la respuesta en frecuencia del acelerómetro que debe presentar el acelerómetro. Debe garantizar que la sensibilidad sea prácticamente constante en la zona de trabajo.

Según el ensayo, la señal de excitación puede estar definida para variaciones en la aceleración rápidas y bruscas, como las que presentan los ensayos de impacto, o bien para aceleraciones lentas, presentes en los ensayos tipo seno o random.

Los acelerómetros uniaxiales son los más utilizados en los ensayos, ya que para la caracterización de la respuesta se suele disponer el sistema para vibrar en un único eje cada vez.

La resonancia de un sistema mecánico suele ser muy contraproducente, ya que puede provocar errores de medición en el caso de los acelerómetros o incluso su destrucción. Por tanto, dichos sistemas se diseñan de manera que su frecuencia natural no coincida con ninguna frecuencia de uso habitual. En el caso de los acelerómetros, la frecuencia natural se sitúa aproximadamente entre los 20kHz y los 60kHz dependiendo de la tecnología y fabricación. Éste puede ser, por tanto, un parámetro importante a considerar a la hora de elegir el acelerómetro según la aplicación.

En un ensayo combinado, además de a una vibración, la pieza se somete a unas condiciones de temperatura y humedad establecidas. El acelerómetro varía su sensibilidad en función de la temperatura. Este dato es proporcionado por el fabricante, y lo hemos de tener en cuenta a la hora de elegir el acelerómetro.


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El uso de acelerómetros piezoeléctricos es muy extendido en el campo de la instrumentación industrial. En concreto, debido a sus características y a las prestaciones que presentan son muy utilizados en el sector del automóvil, a pesar de ser más caros que otro tipo de acelerómetros como los piezorresistivos.

La razón la encontramos en dicha tecnología, que proporciona una serie de características al acelerómetro que lo hacen ser el idóneo para según qué aplicaciones como vibraciones de alta frecuencia, impactos de corta duración en los que se requiera mucha precisión, estabilidad y repetitividad, o en aplicaciones en las que las condiciones ambientales (temperatura) son muy adversas:

Poseen muy buena respuesta en frecuencia y el mayor ancho de banda.

Permiten medir impactos muy breves, desde los 0,1ms.

Permiten rangos de medida muy elevados.

Gran estabilidad en temperatura, permitiendo su uso a temperaturas de hasta unos 150ºC

Muy poca deriva en el tiempo. Su comportamiento no se ve prácticamente afectado con el uso ni por el paso del tiempo.

Buena linealidad y repetitividad en todo el rango de amplitud.

También encontramos los siguientes inconvenientes:

Necesitan de un caro acondicionador a su salida para adaptar impedancias y amplificar la señal.

El cable de conexión del acelerómetro al amplificador debe ser único para cada acelerómetro y estar debidamente protegido contra ruidos eléctricos.

El conjunto de acelerómetro más acondicionador tiene un elevado precio.

La sensibilidad de un acelerómetro piezoeléctrico suele estar expresada en unidades de carga eléctrica por unidad de aceleración de La gravedad (pC/g).

Para solventar el inconveniente de necesitar un acondicionador a su salida, nacen los acelerómetros piezoeléctricos IEPE o ICP como se les conoce comercialmente. Estos acelerómetros integran un circuito electrónico que realiza las funciones del acondicionador, adaptando su impedancia de salida y amplificando la señal.


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3.3. Los ensayos de vibraciones

3.3.1. ¿Por qué un ensayo de vibraciones?

Los consumidores esperan y demandan productos de alta calidad y fiabilidad. Para cumplir con estos requisitos hay que tener en cuenta cómo se comportan ante las vibraciones, ya que en algún momento de su vida el producto será sometido a las mismas. Un diseño mecánico deficiente puede provocar un fallo mecánico, y consecuentemente la insatisfacción del cliente.

Además, esto añade unos costes y reduce la credibilidad en el producto.

Algunas razones para realizar ensayos de vibración son:

Reducen el tiempo de desarrollo del producto.

Asegura que los nuevos productos son aptos para el propósito al que van destinados.

Reduce el rechazo en los controles de calidad de la fase de producción.

Reduce los daños producidos durante el transporte y la consiguiente devolución por el cliente.

Reduce las devoluciones por incumplimiento de la garantía.

Reduce los costos legales y las reclamaciones por daños debido a un funcionamiento incorrecto del producto.

Mantiene una buena reputación para la empresa y sus productos.

Mantiene los márgenes de beneficio.

Por estos motivos, en un mercado tan competitivo, los ensayos de vibraciones tienen una buena razón de ser.


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Ensayos de vibración en componentes eléctricos / electrónicos

Dentro de las normas asociadas al comité técnico AEN/CTN 200/SC104 se encuentran el conjunto de normas UNE-EN-60068 que hacen referencia a los ensayos ambientales. Es un conjunto muy amplio, y cada una de ellas hace referencia a condiciones de ensayo muy

específicas.

Las normas aplicables a los ensayos de vibraciones para componentes eléctricos / electrónicos se encuentran dentro de este grupo, y están recogidas en el apartado 2 de las mismas:

- UNE-EN 60068-2-6:2008

Ensayos ambientales. Parte 2-6: Ensayos. Ensayo Fc: Vibración (sinusoidal).

- UNE-EN 60068-2-27:2011 Ensayos ambientales. Parte 2-27: Ensayos. Ensayo Ea y guía: Choque.

- UNE-EN 60068-2-64:2009 Ensayos ambientales. Parte 2-64: Ensayos. Ensayo Fh: Vibración aleatoria de banda ancha y guía.

3.3.2. El perfil de ensayo

El perfil de ensayo PSD (Power Spectral Density) es una herramienta muy útil en los ensayos de vibraciones ya que nos proporciona una distribución de la potencia de la señal como una función de la frecuencia. Se puede obtener a partir de la señal temporal realizando una FFT (Fast Fourier Transform).

Para el análisis de vibración aleatoria (random) normalmente se utilizan las unidades de ((gn)2 )/ Hz, donde gn denota la fuerza de gravedad estándar.

Fig. 32. Transformación de una señal en el dominio temporal a una señal PSD


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El perfil PSD indicará el nivel de vibración del ensayo, ya que suministra las especificaciones del ensayo a realizar y la forma del espectro nos indicará el nivel de aceleración y frecuencia.

Fig. 33: Densidad espectral de potencia de la aceleración

Tabla 4: Tabla con los puntos de ruptura del PSD

3.3.3. Ensayos de vibración senoidal

Este tipo de ensayos se utilizan principalmente para medir con precisión la respuesta dinámica y las resonancias de la muestra que se va a ensayar, para posteriormente determinar el daño sufrido por las piezas o componentes. Búsqueda de frecuencias de resonancia

Uno de sus principales usos es buscar las frecuencias de resonancia, para luego estudiar detenidamente cada una de ellas para determinar sus propiedades modales, y posteriormente ver la fatiga asociada con cada modo.


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Determinar daños en el espécimen

Otra de las utilidades más utilizadas, es realizar un barrido senoidal antes de comenzar cualquier ensayo de vibración random o de choque, lo que permitirá identificar las resonancias dominantes en dicho espécimen.

Tras finalizar el ensayo, se volverá a realizar un barrido senoidal como el realizado al inicio del ensayo. Tras dicha repetición se deberían obtener los mismos resultados extraídos tras el barrido inicial, pero si se observa cualquier diferencia significará que el espécimen ha sufrido algún tipo de daño.

Algo tan simple como un cambio en las frecuencias de resonancia naturales, nos puede sugerir por ejemplo que el espécimen no está bien fijado.

Fig. 34. Perfil de un barrido senoidal de 5Hz a 2000Hz

3.3.4. Ensayos de vibración aleatoria (random)

Las vibraciones que existen y nos podemos encontrar en situaciones de la vida cotidiana (un vehículo circulando por una carretera, el disparo de un cohete o un ala de avión en el flujo de aire turbulento) no son repetitivas o predecibles como lo son las formas de ondas senoidales.

En la Figura X, se puede apreciar la gráfica de la aceleración sufrida por el salpicadero de un vehículo que circula por una carretera. Se puede apreciar que las vibraciones no son para nada repetitivas o predecibles. Es necesario por tanto realizar ensayos que simulen estas condiciones reales, y los ensayos mediante excitación aleatoria (random) cumplen perfectamente este cometido.


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Fig. 35. Gráfica de la aceleración en el salpicadero de un vehículo

Así como en los ensayos mediante excitación senoidal se centran en una misma frecuencia al mismo tiempo, en los ensayos realizados mediante señal random se excita en todas las frecuencias en un espectro definido en cualquier momento.

Para que una señal sea aleatoria o “random”, la amplitud y la fase en un momento dado deben variar aleatoriamente, y ser impredecibles.

Fig. 36. Perfil de un barrido senoidal de 5Hz a 2000Hz

Una de las principales aplicaciones de los ensayos random, es provocar el fallo del producto, simulando unas condiciones particulares de un entorno real. Mediante el análisis de fallos, nos podemos hacer una idea de las debilidades del producto para después poder mejorarlo.

Mediante una excitación senoidal, se podrían encontrar diferentes frecuencias de resonancia, provocadas en distintas partes de la pieza en diferentes momentos. Pero esto, no nos garantiza saber cuándo va a fallar la pieza. Los ensayos random, al estar presentes todas las frecuencias, permiten aplicar excitaciones que provocarán diferentes frecuencias de resonancia simultáneas.


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3.3.5. Ensayos de choque (impacto)

Este tipo de ensayos es utilizado para simular el efecto mecánico que sufre cualquier pieza o componente al recibir un impacto.

La naturaleza del choque puede provenir de cualquier tipo de impacto que la pieza pueda recibir durante su vida útil.

Las simulaciones más habituales en componentes son accidentes de vehículo, impactos con bordillos, golpes en su transporte, caídas desde altura, etc…

Nos ha de servir para comprobar que la pieza sometida a ensayo, no ha sufrido daños de ninguna índole como grietas, roturas estructurales o de componentes internos.

Fig. 37. Gráfica del Impacto de una pieza desde 1 metro de altura

3.3.6. Ensayos de vibración combinados con temperatura-humedad

Este tipo de ensayos combina la propia fatiga mecánica del ensayo de vibraciones con la ocasionada por la temperatura y humedad, haciendo que el espécimen bajo ensayo este sometido a una fatiga extrema.

Para la realización de este tipo de ensayos, es necesario que a la cámara climática se le pueda acoplar el vibrador electrodinámico, tanto en el eje vertical como en el horizontal.

Aplicaciones

Esta combinación de ensayo de vibración con temperatura y humedad, nos permitirá cumplir los requerimientos exigidos en las diferentes normas de ensayos ambientales mecánicos, de aplicación en la industria aeroespacial, la automoción, las telecomunicaciones, etc…


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Fig. 38. Equipo de vibración combinado con cámara climática (ejes vertical y horizontal)

3.3.7. La importancia del útil de ensayo.

Los útiles de ensayo son aquellos elementos de unión que se utilizan como medios auxiliares, permitiéndonos la fijación de la pieza a ensayar al vibrador.

En el caso concreto de componentes para la automoción, nos facilitan el poder ubicar la pieza en el espacio en la misma posición que se va a montar en el vehículo, garantizando que no varíe durante la realización del ensayo.

Fig. 39. Útiles de ensayo diseñados para componentes de la automoción

El correcto diseño del útil es fundamental para evitar errores inducidos en la respuesta dinámica de la pieza a ensayar.

El vibrador debe transmitir la energía vibratoria de manera uniforme a través del útil, sin que exista pérdida alguna, minimizando en la medida de lo posible la introducción de impedancia mecánica adicional en el sistema (que será función de la masa, amortiguamiento y rigidez) intentando simular, con la máxima fidelidad posible las condiciones de servicio del espécimen. En muchas de las ocasiones estas condiciones se desconocen por lo que se aplican criterios de diseño genéricos basados en la teoría de vibraciones.


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Las consideraciones que debemos de tener en cuenta en la fase de su diseño son las siguientes:

Elección del material y dimensionado previo en base a las restricciones impuestas por el ensayo.

Decidir la distribución, tipo, y nº de fijaciones de la unión entre el útil y el vibrador, de tal manera que la transmisión de energía vibratoria hasta la pieza sea uniforme y sin pérdidas.

Se tendrán en cuenta parámetros como la masa, la rigidez, centro de gravedad y frecuencias y modos de vibración del utillaje para garantizar que el útil no presente ninguna frecuencia natural que pueda provocar resonancia dentro del rango de frecuencias del ensayo.

Para la caracterización del utillaje de ensayo se emplean técnicas de cálculo FEM y simulación 3D, verificando de esta forma la resistencia de los materiales que serán sometidos a las vibraciones y con los datos obtenidos verificaremos si el útil es viable.

Fig. 40. Análisis FEM sobre un útil diseñado

Como complemento, o en el caso que no se disponga de las técnicas antes descritas, también se puede hacer un ensayo de vibraciones sólo del utillaje para encontrar sus frecuencias naturales y determinar así las posibles frecuencias de resonancia.

El método de ensayo más utilizado, es realizar un barrido en frecuencia empleando una señal de excitación senoidal. El ancho de banda se determinará ayudándonos de los cálculos previos o simulaciones, si existen, o en su defecto, se empleará el especificado en el ensayo.

Hemos de tener en cuenta, que todas las frecuencias naturales presentes en el utillaje que se encuentren fuera del ancho de banda del ensayo carecen de interés al no provocar resonancias.


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Emplearemos la técnica del análisis espectral de vibraciones para analizar la respuesta, ya que nos determina la amplitud de todas las frecuencias presentes en el sistema.

Fig. 41. Excitación mediante barrido frecuencial senoidal Fig. 42. Espectro vibratorio de la respuesta

3.3.8. Aplicaciones en el sector de la automoción

Según hemos visto en el capítulo de Introducción a las vibraciones mecánicas, los ensayos de vibraciones se caracterizan por ser sistemas de un grado de libertad en su configuración más simple, es decir, el desplazamiento se produce idealmente en una sola dirección.

También existen ensayos multiaxiales, donde el desplazamiento se produce en los tres ejes espaciales.

Son sistemas dinámicos con amortiguamiento, donde provocamos una vibración forzada mediante un vibrador electrodinámico. Al ser un sistema con pérdidas, es necesario aportar externamente energía para mantener la vibración.

Los ensayos de vibraciones que se tratan en este proyecto, son de vital importancia en la industria del automóvil.

Dichos ensayos nos ayudan a evaluar el comportamiento de los diversos componentes del vehículo, reproduciendo las condiciones de fatiga por vibración y choque que estos sufrirán durante su vida útil.

Los ensayos de vibración forman parte de una serie de pruebas que están descritas en las diferentes normas. Una vez realizados bajo la norma solicitada, si las muestran superan satisfactoriamente dicha prueba, asegurará que el producto final obtenido tras la fabricación, cumple con los estándares de calidad requeridos por los clientes.

Los sistemas y componentes de los vehículos precisan de la realización de ensayos de vibraciones, debido a que en condiciones de servicio, están sometidos a una amplia variedad de fuentes vibratorias, tales como las inherentes al funcionamiento, al entorno, y/o las producidas en situaciones anómalas.

Las dificultades de reproducir las condiciones reales de servicio, exigen la creación de normas que traten de englobar la mayoría de los fenómenos que se producen en campo, a la vez que estandaricen los procedimientos de ensayo, buscando la repetitividad de los mismos.


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En el sector de los componentes de automoción los ensayos se emplean para:

Validación de componentes

Este proceso garantiza que el componente final cumple los requisitos marcados en el proyecto, respecto a la fase inicial del componente prototipo. Además del ensayo, también

se utilizan simulaciones.

Comprobación previa a la producción

Tiene como cometido comprobar que el componente final cumple todos los requisitos y está preparado para su producción. Los ensayos realizados también sirven como base para la

fase de homologación.

Fig. 43. Relación entre los ensayos de vibración y los procesos de desarrollo y fabricación

Un ejemplo de aplicación lo tenemos en la figura 44, en ella se observa un vehículo pasando por un badén triangular, y dependiendo de la velocidad a la que circule, el coche estará sometido a un impacto de cierto nivel de aceleración. Una vez adquirida la señal de aceleración en vehículo, la podemos trasladar al laboratorio de ensayos para reproducir las mismas condiciones de impacto, dónde se puede someter al componente a un ensayo de fatiga, realizando un número determinado de ciclos que represente los impactos que recibirá dicho componente durante su vida útil.

Fig. 44. Vehículo pasando por badén con geometría triangular y perfil ensayo choque (triangular)


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4. DISEÑO DEL LABORATORIO

El diseño de cualquier laboratorio de ensayos y en particular el de un laboratorio para la industria del automóvil que formará parte del centro de I+D+i de la empresa, se ha de realizar contemplando todos los medios de ensayo necesarios y además todo el personal que trabajará en el mismo. Por eso es primordial que en la fase inicial del diseño, se consideren todos los aspectos necesarios para una correcta realización de los ensayos, es decir, los propios medios de ensayo, las necesidades de espacio, de almacenamiento y de comunicación. Además se ha de considerar el trabajo específico de laboratorio, así como las tareas intelectuales y administrativas asociadas que se lleven a término. Así que, para la fase inicial del diseño del laboratorio nos basaremos en la amplitud de espacios de las diversas zonas de trabajo, en la correcta distribución de las mismas y en la ubicación coherente y cercana al resto de áreas con relación directa, como el otro laboratorio existente o los departamentos de diseño y calidad. También se ha tratado de compatibilizar las materias de funcionalidad y seguridad, sin dejar al margen la parte económica, con el fin de lograr una inversión razonable. Todas estas consideraciones permitirán que el trabajo realizado en el laboratorio se considere óptimo en rentabilidad, eficacia, fiabilidad y seguridad. Para alcanzar tal propósito, el diseño del laboratorio se ha fundamentado también en el estudio y análisis de la legislación vigente, teniendo como objetivo el cumplimiento y aplicación de los aspectos más destacados de las diferentes normas y reglamentos.

Fig. 45. Principales aspectos a considerar para un diseño correcto del laboratorio


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4.1. Legislación vigente

Para el correcto diseño e implantación del laboratorio de ensayos, se han de tener presentes para su aplicación las siguientes normas, instrucciones, reglamentos y exigencias básicas:

UNE-EN ISO/IEC 17025:2005. Evaluación de la conformidad. Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y de calibración.

NTP 373: La ventilación general en el laboratorio

NTP 550. Prevención de riesgos en el laboratorio: ubicación y distribución.

NTP 551. Prevención de riesgos en el laboratorio: la importancia del diseño.

CTE DB HE. Exigencias básicas de ahorro de energía

CTE DB HS. Exigencias básicas de salubridad

CTE DB HR. Protección frente al ruido

Guía de aplicación del DB HR Protección frente al ruido y aislamiento acústico

R.D. 2267/2004. Reglamento de seguridad contra incendios en establecimientos industriales.

ITC-BT-18. Instalaciones de puesta a tierra.

ITC-BT-30. Instalaciones en locales de características especiales.

Ley 31/1995 de prevención de Riesgos Laborales. 8 de noviembre (BOE núm. 269, de 10.11.1995). Y sus posteriores actualizaciones.

R.D. 314/2006, de 17 de marzo, por el que se aprueba el Código Técnico de la Edificación

R.D. 486/1997, de 14 de abril, por el que se establecen las disposiciones mínimas de seguridad y salud en los lugares de trabajo.

R.D. 485/1997, de 14 de abril, sobre disposiciones mínimas en materia de señalización de seguridad y salud en el trabajo. Ministerio de Trabajo y Asuntos sociales (BOE núm.97, 23.04.1997).

UNE-EN 13241-1:2011. Puertas industriales, comerciales, de garaje y portones. Norma de producto.

R.D. 393/2007, Normativa nacional de 23 de marzo, por el que se aprueba la Norma Básica de Autoprotección de los centros, establecimientos y dependencias dedicados a actividades que puedan dar origen a situaciones de emergencia.

Decret 82/2010, Normativa autonómica de 29 de juny, pel qual s’aprova el catàleg d’activitats i centres obligats a adoptar mesures d’autoprotecció i es fixa el contingut d’aquestes mesures.


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4.2. Metodología para realizar un diseño correcto

El diseño del laboratorio de ensayos se ha dividido en tres fases elementales:

La ubicación

El dimensionado

La distribución interior de las diferentes áreas

Fig. 46. Principales etapas consideradas en el diseño del laboratorio de ensayos de vibración

No obstante, en cada una de estas fases se tendrá en cuenta la tipología del propio laboratorio. No tener presente esa consideración en el diseño de cada una de las tres fases, puede acarrear en años venideros serios inconvenientes de seguridad y de confort laboral.


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4.1.1. Ubicación del laboratorio

La ubicación del laboratorio, es la primera de las tres fases que se ha de contemplar. Se ha de tener en cuenta que el laboratorio se incorporará al centro de I+D+i de la empresa, de cual formará parte junto al otro laboratorio ya existente dentro la misma.

La zona de ubicación dentro de la empresa, es sin duda, una decisión muy importante que ha de permitir por un lado, una estrecha relación con el resto de departamentos con los que está vinculado, y por otro lado, la autosuficiencia e independencia para poder cumplir con los requisitos de seguridad a todos los niveles.

Por lo tanto, la ubicación elegida, se realizará en base a las distancias con los otros departamentos con los que se trabajará. Esto nos ha de permitirá ser eficientes y eficaces en la actividad que se realizará, pero a su vez, hay que tener presente que el laboratorio formará parte del área de I+D+i, y por consecuencia se tendrán en consideración las pautas vinculadas a la protección del conocimiento y la información que en él se generen. En base a estas consideraciones, para elegir la mejor ubicación del laboratorio dentro de la empresa se han tenido en cuenta los siguientes aspectos:

Proximidad con el otro laboratorio existente de I+D

Buena comunicación con las áreas de las que depende funcionalmente (diseño, calidad, producción)

Zona con espacio suficiente dónde instalar todos los medios de ensayo, maquinaria auxiliar, sala de control, sala de reuniones y almacén

Fácil acceso para la entrada y salida de materiales

Aprovechamiento de un espacio infrautilizado

Utilización mediante prolongación, de los suministros ya existentes de electricidad, agua, red neumática y red informática

Inversión moderada

Prevenir de contaminación acústica y de las vibraciones a las áreas colindantes

Aplicar la legislación vigente de seguridad y prevención de riesgos


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Referente a la prevención de riesgos del laboratorio de ensayos, se han tomado como referencia las recomendaciones mencionadas en la reglamentación NTP-550 y NTP-551.

Ubicación

“Los problemas de los laboratorios en materia de ventilación, desagüe y evacuación en caso de emergencia están relacionados tanto con el número de plantas que tiene el edificio como con la planta o plantas donde se encuentra el laboratorio. Otro aspecto a tener en cuenta es el uso del edificio, siendo muy distinto el hecho de que se trate de un edificio docente, de un edificio sanitario o de un edificio industrial. Asimismo también debe considerase si el edificio está en un núcleo urbano, en un polígono industrial o aislado”

Tabla 5. Ventajas e inconvenientes que presenta la ubicación del laboratorio en diferentes supuestos

“Por consiguiente, los laboratorios deberían estar en edificios de una sola planta o en edificios de dos o tres plantas, con accesos por diferentes puntos y aislados de otros recintos con un riesgo menor. No es recomendable la instalación de laboratorios en edificios de más seis plantas y, de modo general, como ya se ha dicho, es preferible que los almacenes de productos estén situados en locales separados del área destinada a laboratorios”

Tras considerar los aspectos mencionados, se busca en el interior de la empresa un espacio que pueda satisfacer el máximo número de ellos.

Según se puede ver en la figura 47, se localiza un espacio que actualmente es utilizado como almacén de material diverso y que tras analizar su uso actual, se estima que está infrautilizado. Para solventar el inconveniente de dónde guardar dicho material, el diseño del nuevo laboratorio contemplará una zona de almacén, que tras optimizar su uso sólo almacenará el material imprescindible.

TIPO DE EDIFICIO SITUACIÓN VENTAJAS INCONVENIENTES

Dos a tres plantas

Planta baja

Fácil aprovisionamiento. Fácil evacuación del personal. Fácil acceso.

Difícil evacuación de las plantas superiores.

Largos y costosos sistemas de extracción.

Fácil propagación del humo y del fuego a las

plantas superiores.

Planta intermedia o alta

Fácil y económico sistema de extracción. Lenta propagación del fuego en el edificio.

Difícil evacuación del personal.

Difícil aprovisionamiento.

Transmisión vibraciones a plantas inferiores.

Difícil evacuación de residuos.

Problemas en el transporte, almacenamiento y

utilización del material.

Una sola planta

Fácil evacuación. Mínimas vibraciones. Facilidad de disponer de un almacén separado. Mayor capacidad de adaptación al entorno.

Ocupan mucho espacio.

Redes de distribución y servicios muy costosas.

Desplazamientos horizontales largos.


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La zona escogida tiene una altura de 5m y sus dimensiones aproximadas son:

Actualmente la superficie de la empresa es de 4.480m2 y el espacio disponible seleccionado es de 160m2, cifra que representa un 3,57% del total. Se considera que esta superficie es suficiente para albergar todas las áreas de trabajo que requiere el laboratorio. En la figura X se puede observar que el emplazamiento escogido cumple las recomendaciones de ubicación planteadas inicialmente.

Fig. 47. Plano de ubicación del laboratorio en el interior de la empresa

16m

10m


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4.1.2. Dimensionado del laboratorio

Respecto a las dimensiones que ha de tener un laboratorio de ensayos no existen criterios concretos, pero si podemos encontrar en la legislación vigente, algunas recomendaciones que nos hablan del espacio adecuado para un normal desarrollo del trabajo que se vaya a realizar. Estas nos indican un espacio de más de 10m2 por persona. Concretamente en el R.D. 486/1997, por el que se establecen las disposiciones mínimas de seguridad y salud en los lugares de trabajo, se fija un volumen mínimo de 3m3 no ocupado por trabajador o 2m2 de espacio vacío por trabajador.

En base a estas recomendaciones mínimas, para seleccionar las dimensiones apropiadas del laboratorio se han tenido en cuenta estos otros aspectos específicos:

Tipos de ensayos que se realizarán según normativa internacional

Tamaño de los especímenes que se ensayarán

Dimensiones de los medios de ensayo seleccionados

Dimensiones del equipamiento auxiliar

Distribución orientativa de las diferentes áreas de trabajo

Personal que trabajará en las diferentes áreas

Necesidades del laboratorio, sala de control, almacén, taller y oficina

Facilidad de acceso del personal a las instalaciones

Facilidad en la entrada y salida de materiales

Perspectivas de crecimiento futuro

Cumplimiento de la legislación vigente de seguridad y prevención de riesgos

Uno de los aspectos más importantes de los mencionados anteriormente, es el tener un planteamiento orientativo de cómo queremos que sea la distribución de las diferentes áreas de trabajo del laboratorio. Contemplar ese planteamiento desde el inicio hará que el laboratorio sea más eficaz.

Estableceremos las superficies de cada área de trabajo en función de sus necesidades y considerando que habrá un máximo de cuatro trabajadores en toda la instalación: Zona de ensayos

Se contemplan todos los medios de ensayo y equipamiento auxiliar necesarios para la correcta realización de los ensayos, según las exigencias de las normas de ensayos ambientales mecánicos:

Vibrador electrodinámico combo Amplificador Turbina refrigeración Cámara climática Puente-grúa


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Está área es la que albergará los equipos y máquinas de mayor tamaño, por lo que se contemplan las dimensiones aproximadas de todos aquellos que se desean instalar:

Fig. 48. Vibrador combo LDS V850-LPT900 Fig. 49. Amplificador de potencia LDS SPA-K

Fig. 50. Cámara climática ACS ANYVIB 1200-10 Fig. 51. Turbina de refrigeración LDS

Referente a la cámara climática, además de las dimensiones propias de la misma, hay que tener en cuenta que necesita cierto espacio para acoplarse al vibrador, realizando desplazamientos en dirección transversal y vertical.


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Por último, se ha de contemplar que el puente-grúa prestará servicio a toda la zona de ensayos, por lo que sus dimensiones han de ser prácticamente las mismas que las de dicha área, es decir, una distancia entre vigas de 6m y un recorrido de unos 9m.

Fig. 52. Dimensiones puente-grúa monorail Sala de control Se contemplan los equipos necesarios para controlar los medios de ensayo:

Controlador de vibraciones Equipo informático Control cámara climática Caja de conexiones canales de control y medida

Estos equipos son de dimensiones reducidas, por lo que solo se necesita mobiliario de oficina para contenerlos.

Fig.53. Equipo de control LDS

Por otro lado, la sala ha de tener las dimensiones necesarias para que los dos técnicos de ensayos puedan realizar el trabajo con garantías de confort y seguridad.


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Taller de preparación Es un espacio que los técnicos utilizarán cuando el ensayo a realizar lo requiera. Se contemplan los equipos y material necesarios para la realización y preparación de los utillajes y otros trabajos:

Banco de trabajo Maquinaria diversa Herramientas varias

Fig. 54. Banco de trabajo Beta para taller Almacén – Recepción de especímenes Se ha de considerar que es la zona de entrada y salida de todo el material que necesitará el laboratorio, ya sea de ensayo o no. Además parte del espacio se utilizará como almacén y recepción de las muestras. Tiene puerta de entrada para vehículos de transporte de cargas:

Ordenador para registro entrada/salida de material Mobiliario para almacenaje

Fig. 55. Estantería Mecalux para almacén


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Oficina – Sala de reuniones Se contempla todo el equipamiento y mobiliario necesario para equipar la zona de oficina:

Equipos informáticos Mobiliario de oficina

También hay que tener presente que la oficina estará ocupada por dos trabajadores y la sala de reuniones tendrá capacidad para ocho personas. En ese aspecto, se han de considerar las recomendaciones de prevención de riesgos laborales descritas en la NTP-550 para los considerados “laboratorios pequeños”. La distribución y organización de los laboratorios pequeños puede optimizarse teniendo en cuenta, entre otras, las recomendaciones siguientes: • Cada laboratorio estará ocupado por un técnico responsable, dos o tres ayudantes y un auxiliar. • La superficie adecuada del laboratorio es función del tipo de trabajo a realizar; se recomienda preferiblemente entre 40 y 50 m2, y que no sea inferior a 15 m2. • Deberá estar prevista la existencia de una mesa escritorio para cada uno de los colaboradores. • El técnico responsable dispondrá de un despacho adosado para facilitar el contacto directo con el trabajo.

Una vez analizados todos los puntos de interés, la superficie resultante de las diferentes áreas de trabajo queda reflejada en la tabla 5, dónde la superficie total de toda la instalación es de 160m2.

ÁREA DE TRABAJO SUPERFICIE [m2]

1 Almacén – Recepción especímenes 42

2 Zona de ensayos 54

3 Taller de preparación 12

4 Sala de control 20

5 Oficina - Sala de reuniones 32

TOTAL 160

Tabla 5. Superficies de las diferentes áreas de trabajo del laboratorio


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4.1.3. Distribución del laboratorio

La distribución es un aspecto del diseño del laboratorio que está directamente relacionado con el dimensionado del mismo, por lo que el tener presente esos datos nos facilitará la labor, y será un buen punto de partida para una correcta y eficaz distribución.

Así, para realizar la distribución más apropiada del laboratorio se han considerado los siguientes aspectos:

Superficies de cada área de trabajo

Procedimiento de trabajo

Necesidades de cada área de la instalación

Personal que trabajará en cada área de trabajo

Comunicación entre las distintas áreas

Exigencias del CTE

Lejanía de la fuente de vibraciones y ruido de las áreas más sensibles

Normativa de instalaciones en laboratorio de ensayos

Legislación en prevención de riesgos

En cuanto a prevención de riesgos, se ha de tener en cuenta que el laboratorio será la zona con mayores riesgos comparándola con el resto de áreas que le rodean. Por ello, una distribución apropiada, ayudará a disminuir y prevenir la inseguridad, los accidentes y la contaminación acústica.

En base a la NTP 550 “Prevención de riesgos en el laboratorio: ubicación y distribución” también se consideran las siguientes recomendaciones:

La presencia de un almacén de productos en el departamento de laboratorios condiciona la carga de fuego del mismo y en consecuencia su riesgo intrínseco.

La separación de las áreas de riesgo elevado de otras con riesgo inferior.

El control del acceso a las áreas con riesgo.

La centralización de los servicios de agua, gas, electricidad, etc., favoreciendo la actuación en caso de emergencia.

El diseño de sistemas de acondicionamiento de aire y ventilación más económicos, permitiendo la adecuada ventilación del laboratorio.

Facilitar la gestión de residuos e instalación de drenajes.

Dificultar la propagación de un posible incendio y facilitar su detección y extinción.

Facilitar la evacuación en caso de emergencia.


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Una vez recogidas las recomendaciones y exigencias más significativas, la distribución definitiva queda según la figura 56.

Fig. 56. Plano de distribución de las áreas que componen el laboratorio

Según se aprecia, para la distribución de los 160m2 de laboratorio de los que se disponen, se ha optado por un diseño que da prioridad a la zona de ensayos, es decir, se considera que es el núcleo del laboratorio, y el resto de áreas la circundan.

Cómo consecuencia tenemos:

Zona de ensayos: bien comunicada con el resto de áreas de trabajo, consiguiendo

el buen hacer laboral y la eficacia que se buscaba. Por otro lado, pasa a ser la zona más alejada respecto a los otros departamentos de la empresa, consiguiendo el objetivo marcado inicialmente en prevención de riesgos de proteger a las mismas contra las vibraciones y la contaminación acústica.

Referente al emplazamiento del resto de áreas, la distribución propuesta permite cumplir el cometido marcado inicialmente:

Sala de control: visión directa a la zona de ensayos y bien comunicada con las otras

áreas.

Taller de preparación: comunicación directa con la zona de ensayos y alejado lo suficiente de la oficina y sala de reuniones.

Almacén – Recepción de muestras: comunicado con la zona de ensayos y también con al interior de la empresa, permitiendo la entrada y salida de todo el material.

Oficina – Sala de reuniones: acceso desde la empresa a las instalaciones, tanto del

personal como de los clientes. Comunicación directa con la sala de control dónde trabajan los técnicos.


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4.1.4. Layout del laboratorio

Para un acertado layout del laboratorio, una vez se dispone de toda la información relacionada con las dimensiones y la distribución del laboratorio, se considerarán todos los puntos mencionados en los apartados anteriores.

Complementando a esos puntos, también se han de considerar otros aspectos que nos definirán y permitirán la correcta situación de los medios de ensayo, equipos auxiliares y mobiliario, y así poder realizar la adecuada instalación de los mismos.

Basándonos en la instrucción técnica complementaria ITC-BT-30 “Instalaciones en locales de características especiales”, esta ITC considera al laboratorio de ensayo como un local afecto a un servicio eléctrico, por lo que se deben cumplir los siguientes requisitos:

Estarán obligatoriamente cerrados con llave cuando no haya en ellos personal de servicio.

El acceso a estos locales deberá tener al menos una altura libre de 2 metros y una anchura mínima de 0,7 metros. Las puertas se abrirán hacia el exterior.

Si la instalación contiene instrumentos de medida que deban ser observados o aparatos que haya que manipular constante o habitualmente, tendrá un pasillo de servicio de una anchura mínima de 1,10 metros. No obstante, ciertas partes del local o de la instalación que no estén bajo tensión podrán sobresalir en el pasillo de servicio, siempre que su anchura no quede reducida en esos lugares a menos de 0,80 metros. Cuando existan a los lados del pasillo de servicio piezas desnudas bajo tensión, no protegidas, aparatos a manipular o instrumentos a observar, la distancia entre equipos eléctricos instalados enfrente unos de otros, será como mínimo de 1,30 metros.

El pasillo de servicio tendrá una altura de 1,90 metros, como mínimo. Si existen en su parte superior piezas no protegidas bajo tensión, la altura libre hasta esas piezas no será inferior a 2,30 metros.

Sólo se permitirá colocar en el pasillo de servicio los objetos necesarios para el empleo de aparatos instalados.

Los locales que tengan personal de servicio permanente, estarán dotados de un alumbrado de seguridad.

Por otro lado, la NTP-1029 nos describe la ergonomía y el diseño integral de los puestos de trabajo, por lo que se contemplarán las medidas específicas con el objetivo de lograr el diseño más adecuado:

El estudio dimensional del puesto, incidiendo especialmente en las zonas de alcance vertical y horizontal, el ángulo de visión requerido por la tarea y el plano de trabajo.

El espacio de trabajo, tanto el referido al propio puesto como el de acceso a él.

La actividad que se desarrolla en cada laboratorio.

El número de personas que trabaja o que está previsto que trabaje.

Los productos habituales que se han de utilizar o almacenar.


63

Si hay algún tipo de necesidades especiales en materia de instalaciones.

Los locales complementarios necesarios

Las previsiones de modificación o ampliación a corto o largo plazo.

Por otro lado, en lo que se refiere a las zonas de trabajo hay una serie de recomendaciones relativas a las distancias mínimas que se tienen que respetar entre los diferentes objetos que forman el puesto de trabajo, como son muebles, paredes, zonas de paso, distancia entre puestos de trabajo, etc. Quedando resumidas en la tabla 6.

Además las medidas que se recomiendan para alturas son las siguientes:

• Para la superficie de trabajo (altura): – sentado 720 mm – de pie 900mm

• Para las repisas (altura): – máximo 1750mm

Tabla. 6. Distancias recomendadas

Una vez contemplados todos los requerimientos de la legislación vigente el layout def initivo queda según figura 57.

Fig. 57. Plano del layout del laboratorio


64

Anteriormente en el punto 4.1.2., se ha hecho una relación de los medios de ensayo, equipos auxiliares y mobiliario necesario para cubrir las necesidades del laboratorio, y a continuación se hace un breve repaso de las principales funciones de cada área de trabajo:

Zona de ensayos: en esta zona es dónde están ubicados los medios de ensayo y

dónde se realizan dichos ensayos. Las capacidades del laboratorio permitirán realizar los ensayos de vibración más solicitados para los componentes eléctricos y electrónicos de la industria del automóvil, sumándole además la variante de poderlos hacer combinados con temperatura gracias a la cámara climática acoplada al vibrador. Esta área está pensada para que los dos técnicos de ensayos puedan desenvolverse y realizar las maniobras necesarias para llevar a cabo sus funciones. Por motivos de seguridad su acceso está restringido, por lo que solo pueden entrar en él personal autorizado.

Por otro lado dispone de puente-grúa que permite el manejo y transporte de las cargas pesadas hasta su ubicación (útil ensayo, expansores, piezas voluminosas, etc…)

Sala de control: desde esta zona se programa y monitoriza el ensayo a realizar.

Mediante el controlador de vibraciones y software de control se introducirán los parámetros establecidos por la norma de ensayo, permitiendo visualizar el estado del mismo, guardar los resultados y realizar el informe correspondiente. También se controla todo el ciclo térmico que el ensayo requiera mediante e software del control de la cámara climática.

Esta sala tiene capacidad para que trabajen los dos técnicos y espacio para guardar los equipos auxiliares de medición y adquisición.

Taller de preparación: zona dónde se realizan los trabajos necesarios para la

preparación y construcción del útil de ensayo, para finalmente realizar el montaje de las muestras a ensayar. Está pensada para que los dos técnicos puedan realizar esas tareas con el mayor confort posible.

Almacén – Recepción de muestras: en el almacén se recepcionan las piezas a

ensayar y se depositarán las ya ensayadas. En él trabajará un técnico auxiliar, que se encargará de la gestión, el control y el almacenaje de las piezas entregadas o de la preparación mediante embalajes para su posterior recogida. Esta persona también colaborará en las labores que sean necesarias con los dos técnicos de ensayo.

Oficina – Sala de reuniones: área dónde está ubicado el responsable del

laboratorio y dónde se realizan las gestiones oportunas con los clientes. Consta de sala de reuniones para poder tratar los temas diarios con los técnicos de ensayos, así como exponer los resultados y novedades a los clientes.


65

4.2. Elección de los medios de ensayo

Se ha tenido presente que son para un laboratorio que realizará ensayos destinados para el sector de la automoción.

Dónde los ejes espaciales de un vehículo se identifican de la siguiente forma:

Eje Z: coincide con el eje vertical del vehículo.

Eje X: coincide con el eje longitudinal del vehículo.

Eje Y: coincide con el eje transversal del vehículo.

Fig. 58. Identificación ejes espaciales del vehículo

También se han considerado los requerimientos exigidos en las diferentes normas de vibración que aplican a los componentes eléctricos – electrónicos.

Se considera condición indispensable el poder realizar los ensayos de vibraciones en los 3 ejes espaciales mencionados (Z, X e Y).

Por otro lado, la norma también nos requiere el poder realizar los ensayos combinados con temperatura y humedad.

El objetivo no es otro, que simular en laboratorio las vibraciones que soportaran los componentes durante su vida útil en el entorno del vehículo.

Nos hemos de asegurar que en el laboratorio se van a cumplir las exigencias de la industria de la automoción y las específicas de las normas aplicables.


66

4.2.1. Sistema de ensayos de vibración

Tomando como referencia el sistema de vibración comentado anteriormente en el punto 3.2.1., para cubrir las necesidades de nuestro laboratorio de ensayos, hemos de considerar un sistema de vibraciones completo que incluya los siguientes medios de ensayo, equipos y elementos:

Combo ( vibrador electrodinámico + mesa deslizante )

Amplificador de potencia

Controlador de vibraciones

Acelerómetros de control

Ordenador y software de control

Fig. 59. Composición del sistema completo de vibraciones

Para los ensayos combinados con temperatura:

Cámara climática

Termopares

Respecto a las especificaciones de los equipos de ensayo escogidos, en el anexo de esta memoria se podrán consultar las hojas de especificaciones de todos ellos.


67

4.2.2. El vibrador electrodinámico

Se opta por un vibrador combo, compuesto de vibrador electrodinámico más una mesa deslizante, que cumple con los requisitos antes mencionados en el punto 4.2. Es decir, nos va a permitir realizar ensayos tanto en los ejes horizontales X e Y, como en el eje vertical Z. Aunque también se han considerado los siguientes aspectos:

El tamaño de las muestras a ensayar y la masa de las mismas

Capacidad para realizar los ensayos de vibración senoidal, random y choque, según requerimientos de las distintas normas.

Dimensiones adecuadas para la superficie del laboratorio

Equipo y modelo estándar que implica un precio de compra moderado

Escoger fabricante con años de experiencia, líder del mercado, amplio catálogo de productos y con servicio técnico en nuestro país

El equipo seleccionado es el vibrador electrodinámico combo LDS V850-440 con mesa deslizante LPT900.

Fig. 60. Vibrador V850 de la gama estándar con mesa deslizante LPT900


68

Las capacidades de nuestro laboratorio vendrán dadas por las propias características del equipo elegido y sus principales parámetros de rendimiento y especificaciones son:

Tabla 6. Características principales del vibrador LDS V850-440

Otro aspecto muy importante a tener en cuenta son las dimensiones de la mesa deslizante escogida. En nuestro caso, la LPT900 nos permitirá ensayar piezas fijadas a ella de un tamaño 900mm x 900mm.

Fig. 61. Dimensiones del vibrador combo con mesa deslizante LPT900


69

Los especímenes a ensayar irán fijados mediante un útil de ensayo a la mesa deslizante LPT900, ese utillaje se fijará mediante tornillos a las inserciones que la mesa tiene para esa finalidad, tal y como muestra la siguiente figura.

Fig. 62. Dimensiones de la mesa deslizante LPT900 y detalle de las inserciones

4.2.3. Amplificador de potencia

Una vez seleccionado el vibrador combo, en las especificaciones del fabricante nos indican que el equipo puede funcionar con hasta cuatro amplificadores de distintas potencias cada uno de ellos.

Tabla 7. Rendimiento del sistema dependiendo el amplificador escogido


70

Llegados a este punto, es necesario plantearse y valorar que exigencias de ensayo requiere el laboratorio para cubrir las necesidades requeridas en las diferentes normas de ensayo que se aplicarán. Se ha de asegurar que los ensayos se realizarán satisfactoriamente.

Por otro lado, el rendimiento de nuestro sistema de vibración depende del amplificador de potencia que alimenta al vibrador, por lo que también se tienen presente las perspectivas de ensayos en el futuro.

Las características del amplificador LDS SPA24K seleccionado son las mostradas en la tabla siguiente:

Tabla 8. Especificaciones de los amplificadores LDS SPA-K

Fig. 63. Dimensiones del amplificador LDS SPA24K


71

4.2.4. El controlador de vibraciones

Se ha de escoger un controlador totalmente compatible con los equipos de ensayo elegidos anteriormente y además que satisfaga las necesidades de los ensayos a realizar.

Al ser del mismo fabricante, el controlador LDS Dactron LASER-USB nos proporciona un control total para realizar los ensayos de vibración random, barrido senoidal y choque clásico que necesita el laboratorio.

Se escoge tambien por las facilidades de conexión que presenta, siendo esta mediante USB estandar hasta el PC y por permitir también el control de la cámara climática.

La versión escogida dispone de 4 canales de control, ampliables a 16 si se requiere.

Fig. 64. Vistas anterior y posterior del controlador LDS Dactron Laser USB

4.2.4.1. El software de control

El controlador LDS escogido funciona con un software de control que proporciona el propio fabricante, el cual nos permite introducir todos los parametros de los ensayos y disponer de toda la información necesaria en pantalla, monitorizando las señales que nos interesen.

También dispone de herramientas especificas para busqueda de frecuencias de resonancia y diferentes tipos de analisis de las señales.

Ofrece la generación de informes y exportar los datos a otros sistemas.

Fig. 65. Entorno del software de control


72

4.2.5. Acelerómetros de control

Para la selección de los acelerómetros se han tenido en cuenta las magnitudes de los ensayos, así como las condiciones y el entorno del mismo.

Los ensayos de vibraciones descritos en las normas, nos indican que podemos estar trabajando con señales a frecuencias de hasta 3000Hz.

En cuanto al rango de temperaturas, en ensayos combinados con ciclados de temperatura y humedad, podemos alcanzar los 120ºC.

También se ha de tener presente que el controlador seleccionado funciona con acelerómetros IEPE.

Así que los acelerómetros Brüel & Kjaer seleccionados tienen las características siguientes:

Fig.66.. Acelerómetro modelo 4526 Fig. 67. Acelerómetro modelo 4507B

Acelerómetro modelo 4526

Frequency 0.1 - 8000 Hz

Sensitivity 10 mV/g

Temperature -54 - 180 ºC

Max.Operational Level (peak)

714 g

Max.Shock Level (± peak) 5100 g

Weight 6 gram

Electrical Connector 1-4 28 UNF

Mounting

Output CCLD

Unigain No

Triaxial No

TEDS No

Dynamic Range Resonance Frequency

25 kHz

Acelerómetro modelo 4507B

Frequency 0.3 - 6000 Hz

Sensitivity 100 mV/g

Temperature -54 - 121 ºC

Max. Operational Level (peak)

70 g

Max. Shock Level (± peak) 5000 g

Weight 4.8 gram

Electrical Connector 10-32 UNF

Mounting

Output CCLD

Unigain No

Triaxial No

TEDS Yes

Dynamic Range Resonance Frequency

18 kHz


73

4.2.6. Cámara climática

La cámara seleccionada, nos ha de permitir reproducir las condiciones climáticas indicadas en las normas de ensayos ambientales que el laboratorio de vibraciones aplicará.

También se han de contemplar las condiciones ambientales especificas que se puedan dar en el sector del automóvil, como las temperaturas en vano motor, en salpicadero, etc…

Fig. 68. Perfil de temperaturas

Por otro lado, nos ha de permitir realizar los ensayos en los 3 ejes espaciales Z, X e Y. En este sentido se tendrá en cuenta que necesita cierto espacio para acoplarse al vibrador, realizando desplazamientos en dirección transversal y vertical.

Fig. 69. Detalle de los desplazamientos que puede realizar la cámara para acoplarse al vibrador


74

Por último, se han de considerar las dimensiones interiores de la cabina y asegurarnos que es compatible y acoplable a la mesa deslizante LPT900 escogida. Dicha cabina tendrá capacidad para ensayar componentes de cierto tamaño. Contemplados los requerimientos anteriores, se selecciona la cámara climática ACS ANYVIB 1200-10, que cumple la norma IEC 60068-3-5, la cual nos indica la siguiente cadencia de variación de temperatura:

10°C/min. from -70°C to 180°C

10°C/min from +180°C to -70°C El control se realiza mediante un µPLC con pantalla táctil fijado en el lateral de la cámara, que permite programar los ciclos de temperatura y humedad relativa y las alarmas. Se trata además de una cámara estándar, por lo que su precio puede ser de hasta un 50% más barato que una realizada a medida.

Fig. 7’0.. Vista y detalle de la cámara ACS ANYVIB 1200-10

Sus especificaciones principales son las siguientes:

Capacidad 1220 litros

Dimensiones internas 1000x1130x1080 (WxDxH) mm

Dimensiones externas 2000x3476x2325 (WxDxH) mm

Rango de temperatura -75ºC / +180°C

Precisión de temperatura ±0.1°C...±0.8°C

Rango RH 10% to 98%

Precisión RH ±3%...±5%

Potencia eléctrica máx 80kW

Alimentación trifásica 400V/50Hz/3

Ruido 72 db (A)

Peso 2200 kg


75

4.3. Equipamiento auxiliar y mobiliario

Un laboratorio de ensayos ha de estar equipado no sólo con los medios de ensayo, si no que además ha de disponer de aquellos equipos auxiliares que sean necesarios, o aquellos que permitan realizar los trabajos de la forma más adecuada.

En este sentido también se han de considerar los indispensables en las otras zonas de trabajo como el taller de preparación o el almacén.

Lo mismo sucede con el mobiliario del laboratorio, todas las áreas de trabajo han de estar dotadas del mobiliario esencial para la correcta realización de las tareas diarias.

Para su elección se contemplan los siguientes aspectos:

Personal que trabajará en cada área

Los trabajos a realizar en cada zona

Cumplimiento de las normativas

Seguridad laboral

Confort laboral

Coste económico

Fig. 71. Plano con los equipos y mobiliario esenciales

0.8

m

2.5m

6m

7m

4m

5m

3m

5m

4m

4m

0.8

m

2.5

m

0.8

m

6m

0.8

m

0.4

m

0.4m

0.4

m

0.4m

0.7m

0.3

m

0.5m

0.4

m

3.5m

0.8

m

2.3m

0.5

m

0.5m

0.4m

0.3

m

0.5m

0.4

m

1.6

m

2.5m

0.8

m

1.9

m

1.9m

2.5

m

0.8

m

3m

1m

1.3m

2.2

m

2.7

m

4.3m

0.7m

0.5m

0.5m

0.5

m

2.5m

0.5

m

1.5m

0.3

m

2.7m

0.8m

1.5

m


76

4.3.1. Equipos y material auxiliar

Puente-grúa Para poder mover los materiales pesados o voluminosos que se pueden dar en el interior del laboratorio de ensayos, se hace indispensable la instalación de un puente-grúa. Esta máquina nos permitirá elevar y transportar con seguridad dichos materiales. Para la correcta elección del puente-grúa hemos tomado como referencia la NTP-253, en ella se pueden encontrar una serie de recomendaciones que nos facilitan las labores de dimensionado, ubicación y colocación de las vigas sobre la estructura del laboratorio, para la correcta instalación del puente-grúa. Para la elección se han tenido presente también los siguientes aspectos:

Capacidad de elevación

Altura de elevación

Si ha de ser de una sola viga o de doble viga

Luz entre vigas y distancia de recorrido

Tipo de alimentación

Coste económico

Una vez valorados todos los puntos se selecciona el puente-grúa monorraíl ABUS EHB-X, con una capacidad de carga de 1000kg. y que permite la luz entre vigas de 6m y el recorrido de 9m que se necesitan. Su alimentación es trifásica 380v/50hz/3

Fig.72. Puente-grúa monorraíl ABUS EHB-X


77

4.3.2. Mobiliario

Para cada puesto de trabajo se ha de intentar lograr el mejor diseño posible que permita realizar las tareas sin que aparezca ningún tipo de fatiga física, mental o visual.

La elección del mobiliario y los equipos auxiliares han de contemplar los aspectos indicados en la NTP-1029 que habla de los requisitos de diseño de mobiliario.

Asientos y mesas de laboratorio

A la hora de elegir un asiento se deberá tener en cuenta la altura del plano de trabajo y, en base a ella, se optará por una silla para postura sedente o por un taburete para postura de pie-sentado. Ante todo, las sillas deben proporcionar equilibrio y confort. Los taburetes han de ser regulables, de material lava ble y, si son para trabajo en altura, por ejemplo, en las poyatas, tienen que tener reposapié, figura 73 Para las tareas en las que se requiera una movilidad alta, hay que usar taburetes bajos. (Fig. 74).

Cuando el trabajo se realiza en postura sedente hay que utilizar una silla ergonómica de tipo estándar cuyas características son las siguientes:

• Profundidad entre 38-42 cm.

• Base estable de 5 patas con rueda.

• Regulación en altura, superior al habitualmente recomendado si se quiere utilizar para otras tareas en las que el plano está a mayor altura.

• Anchura entre 40-45 cm.

• Asiento acolchado, flexible y transpirable.

• Impermeabilidad e incombustibilidad.

Fig. 73. Detalle de los alcances horizontales Fig. 74. Tipos de asientos

La normativa actual referente al diseño en los laboratorios se centra, principalmente, en los requisitos de seguridad y a los métodos de ensayo para mesas de laboratorio. Así mismo, una gran parte de la normativa existente va dirigida a los fabricantes e instaladores cuando hablan de las recomendaciones de mesas de laboratorios, los armarios y otros muebles similares; no obstante, también proporcionan algunas recomendaciones respecto a sus dimensiones y a los espacios que se resumen a continuación:


78

Almacén y taller de preparación

Se seleccionará aquel mobiliario que permita a los técnicos el correcto desarrollo de sus tareas, prevaleciendo las características técnicas de seguridad.

Fig. 75. Estantería cargas medias Mecalux Fig. 76. Banco de trabajo Beta


79

5. INSTALACIONES E INFRAESTRUCTURAS

5.1. Instalaciones

5.1.1. Eléctrica

Según la instrucción técnica complementaria ITC-BT-30 (instalaciones en locales de características especiales) del reglamento de baja tensión, se considera al laboratorio de ensayo como un local afecto a un servicio eléctrico.

5.1.1.1. Instalación existente

En la nave ya existe una instalación eléctrica con todos los elementos necesarios para abastecer de energía a todas las estancias y laboratorios ya existentes.

Estas instalaciones están constituidas por la acometida, contador trifásico, cuadro general de protección y cableado para dar servicio a todas las áreas.

Como la empresa consume bastante energía reactiva, debido a la existencia de motores eléctricos, dispone de una batería de condensadores para su compensación, por lo que el factor de potencia resultante es prácticamente 1.

5.1.1.2. Canalización y cables conductores utilizados

Las características de las instalaciones interiores se corresponderán con lo indicado en la ITC-BT-21. Se utilizarán canalizaciones empotradas bajo tubo, y mediante bandeja aérea, se utilizará tubo flexible corrugado y flexible no propagador de la llama. Los diámetros exteriores de los tubos van desde 16 a 25mm según indica la ITC-BT-21 para tubos en canalizaciones empotradas.

Los conductores utilizados para la distribución de las líneas estarán formados por tres conductores activos (3F +1 N + T), en el caso de ser una distribución trifásica, y por un conductor activo (1F +1 N + T) para las distribuciones monofásicas. Las secciones serán uniformes en toda la instalación. Estos serán de cobre aislados y de tensión asignada 0,6/1KV.

La sección mínima indicada en cada línea está calculada para una carga determinada y el factor de simultaneidad de 1. Será conforme con lo indicado en la ITC-BT-19.

Los conductores de protección serán de cobre, y presentarán el mismo aislamiento que los conductores activos. Se instalarán por la misma canalización que éstos, y su sección será la indicada en la ITC-BT-19.

La caída de tensión máxima admisible será, según la ITC-BT-19:

Para el caso de líneas que alimentan alumbrado, la caída de tensión máxima debe ser inferior al 3%.


80

Para el caso de líneas que alimentan otros usos, la caída de tensión máxima debe ser inferior al 5%.

La identificación de los conductores será mediante el código de colores establecido en ITC-BT-19. 5.1.1.3. Bases para el cálculo

Cálculo de la sección mínima de los conductores.

La sección de los conductores se determinará de forma que la caída de tensión entre el origen de la instalación de interior y cualquier punto de utilización sea menor del 3% para alumbrado y menor del 5 % para el resto de usos. La sección de los conductores a instalar se determinará mediante las siguientes expresiones: Para cargas monofásicas será:

(5.1.1)

Siendo: P = potencia activa de la línea en W. U = tensión entre fase y neutro de la línea en V. L = longitud de la línea en m. γ = conductividad del conductor en m/Ω·mm2. e = caída de tensión máxima admisible de la línea considerada en %. s = sección mínima de los conductores en mm2. cosφ = factor de potencia. Para cargas trifásicas será:

√ (5.1.2)

Siendo: P = potencia activa de la línea en W. V = tensión entre fases de la línea en V. L = longitud de la línea en m. γ = conductividad del conductor en m/Ω·mm2. e = caída de tensión máxima admisible de la línea considerada en %. s = sección mínima de los conductores en mm2. cosφ = factor de potencia. Caída de tensión en la línea Para verificar que se cumple la normativa se verifican las siguientes ecuaciones:


81

Para líneas monofásicas:

(5.1.3)

Para líneas trifásicas:

√ (5.1.4)

La caída de tensión y sección de los conductores se evaluará para el punto más lejano del circuito, siendo este el más desfavorable. Cálculo de la intensidad en los conductores

Para líneas monofásicas tenemos que:

(5.1.5)

Y para líneas trifásicas:

√ (5.1.6)

Siendo: I : intensidad de la línea en A. P : potencia activa de la línea en W. U : voltaje entre fase y neutro en V. V: voltaje entre fases en V. cosφ = factor de potencia de la carga. Se define la caída de tensión unitaria (eu) como la caída de tensión por unidad de longitud de cable y por unidad de intensidad que circula por el cable.

Donde : caída de tensión unitaria en voltios

: caída de tensión en voltios L: longitud de la canalización en km I: Intensidad de servicio máxima prevista por el conductor en amperios. En las siguientes tablas se indican las caídas de tensión unitarias, teniendo en cuenta la resistencia e inductancia de los cables, para distintos factores de potencia y temperaturas de servicio.


82

Tabla. 8. Caídas de tensión unitarias por A y Km para cables de 450/750KV

Tabla. 9. Caídas de tensión unitarias por A y Km para cables 0,6/1KV.


83

5.1.1.4. Cuadro general de distribución

Estará situado cerca de la puerta de entrada al almacén. Constará de los siguientes elementos: Interruptor general de maniobra: Será un interruptor de 4 polos y permitirá dejar fuera de servicio a todo el laboratorio. Su intensidad nominal (In) será de 400 A. Interruptor magnetotérmico: Se instala para proteger contra cortocircuitos y sobrecargas de cada una las líneas interiores. Sus características de interrupción estarán de acuerdo con las corrientes admisibles de los conductores del circuito que protegen, según la ITC-BT-17 Interruptores diferenciales: Según la ITC-BT-17, este interruptor se instalará para proteger la instalación contra contactos indirectos. Será de sensibilidad de 30 mA y 300 mA cuando sean líneas que alimenten a maquinaria. Las intensidades y secciones de los conductores calculadas se reflejan en la siguiente tabla:

Circuito Descripción Longitud

(l) Potencia

prevista(W) Tensión

(V) Intensidad

(I) Tensión

unitaria(e) Tension reg. (V/A*Km)

Según tabla 5 sección mm

2

IL1 Iluminación

almacén 14 336 230 1,5 0,69 33,737 1,5

IL2 Iluminación

oficina 12 352 230 1,5 0,69 37,571 1,5

TC1 Toma

corrientes 1 (2p+t)

8 15000 230 65,2 0,69 1,323 35

AE1 Alumbrado emergencia

1 26 256 230 1,1 0,69 23,843 2,5

DSCP Derivación subcuadro

34 145886 400 210,6 2 0,279 95

Tabla. 10. Cálculo de las intensidades y secciones de los conductores

Con estos datos podemos calcular los mecanismos de protección según la siguiente tabla:


(l) Potencia


(V) Intensidad

(I) Magnetotérmicos Diferenciales

IL1 Iluminación

almacén 14 336 230 1,5 2P+N In=2A

2P+N In=16A

IL2 Iluminación

oficina 12 352 230 1,5 2P+N In=2A

TC1

Toma

corrientes 1 (2p+t)

8 15000 230 65,2 2P+N In=80A 2P+N In=100A

AE1

Alumbrado

emergencia 1

26 256 230 1,1 2P+N In=2A 2P+N In=16A

DSCP Derivación

subcuadro 34 145886 400 210,6 3P+N In=250A

Tabla.11. Cálculo de los mecanismos de protección


84

5.1.1.5. Subcuadro de distribución

Este subcuadro estará ubicado en la zona de ensayos. Estará dentro de un armario metálico colocado superficialmente y tendrá su toma de tierra conectada.

Las intensidades y secciones de los conductores calculadas se reflejan en la siguiente tabla:


(l)

Potencia

prevista(W)

Tensión

(V)

Intensidad

(I)

Tensión

unitaria(e)

Tension reg.

(V/A*Km)

Según tabla 5

sección mm2

IL3 Iluminación

zona ensayos 16 594 230 2,6 0,69 16,698 2,5

IL4 Iluminación

sala control y

taller

12 292 230 1,3 0,69 45,291 1,5

TC2 Toma

corrientes 2

(2p+t)

12 9000 230 39,1 0,69 1,469 25

TC3 Toma

corrientes 2

(3p+t)

12 10000 400 14,4 2 11,547 4

POT1 Vibrador 8 27900 400 40,3 2 6,203 6

POT2 Cámara climática

8 10000 400 144,3 2 1,732 16

Tabla. 12.. Cálculo de las intensidades y secciones de los conductores

Con estos datos podemos calcular los mecanismos de protección según la siguiente tabla:


(l) Potencia


(V) Intensidad

(I) Magnetotérmicos Diferenciales

IL3 Iluminación

zona ensayos

16 594 230 2,6 2P+N In=3A

2P+N In=16A

IL4 Iluminación sala control

y taller 12 292 230 1,3 2P+N In=2A

TC2 Toma

corrientes 2 (2p+t)

12 9000 230 39,1 2P+N In=40A 2P+N In=63A

TC3 Toma

corrientes 2 (3p+t)

12 10000 400 14,4 3P+N In=16A 2P+N In=25A

POT1 Vibrador 8 27900 400 40,3 3P+N In=50A 3P+N In=63A

POT2 Cámara

climática 8 100000 400 144,3 3P+N In=160A 3P+N In=180A

Tabla. 13. Cálculo de los mecanismos de protección

Se ha tenido en cuenta un sobredimensionado del 25% en la potencia prevista para los circuitos POT1 y POT2 que alimentan al vibrador y a la cámara climática respectivamente, ya que en el arranque de los motores se produce una mayor demanda de potencia a causa de los picos de consumo.


85

5.1.2. Iluminación

Para una correcta elección se valoran las recomendaciones indicadas en la NTP 433: Instalaciones, material de laboratorio y equipos. “La iluminación del laboratorio debe ser acorde con la exigencia visual de los trabajos que se realicen en él, que puede llegar a ser muy alta, lo que implica un nivel de iluminación mínimo de 1000 lux (RD 486/97 sobre puestos de trabajo), aunque se considera que un nivel de 500 lux basado en luminarias generales con iluminación de apoyo, es suficiente para una gran parte de las actividades.” Y en el Real Decreto, RD 486/97: “La iluminación de los lugares de trabajo deberá permitir que los trabajadores dispongan de condiciones de visibilidad adecuadas para poder circular por los mismos y desarrollar en ellos sus actividades sin riesgo para su seguridad y salud.” La iluminación de los lugares de trabajo deberá cumplir los niveles mínimos de iluminación:

Tabla. 14. Indicadores mínimos de iluminación por áreas de trabajo

También se ha intentado satisfacer las siguientes recomendaciones:

Mantener los niveles de iluminación lo más igualados posibles.

Conservar el grado de luminancia adecuado a las exigencias visuales del trabajo, evitando cambios bruscos de luminancia en las zonas de trabajo y colindantes.

Evitar deslumbramientos directos provocados por luz del sol o por alguna luz artificial de alta luminancia. Bajo ningún concepto se instalarán sin protección cerca del trabajador.

Evitar deslumbramientos indirectos provocados por elementos reflectantes ubicados en el área de trabajo y colindantes.

No emplear medios de luz que no permitan percibir correctamente los objetos en el área de trabajo.


86

Se decide emplear lámparas de tecnología led tipo fluorescente, ya que su rendimiento luminoso y duración es superior a otras tecnologías y su coste no es muy elevado. Además, no desperdician gran parte de su potencia en forma de calor, contribuyendo a la mejora en la climatización de las estancias. El rendimiento luminoso es el cociente entre el flujo luminoso emitido y la potencia consumida por dicha fuente. En unidades del SI, se mide en lumen por vatio (lm/w).

Fig. 76. Tipo de luminaria a instalar en todo el laboratorio

Fig. 77.Instalación de alumbrado y potencia


87

Según las recomendaciones en materia de iluminación, y dependiendo de la zona de trabajo, se establecen unos valores mínimos de flujo luminoso para cada zona de trabajo, según se puede ver en la tabla X. La iluminancia (lux) se define como el flujo luminoso por unidad de superficie (lm/m²). Conociendo la superficie a iluminar y el flujo luminoso deseado en cada zona, podemos calcular el flujo total necesario. El fabricante suele especificar el flujo luminoso de sus lámparas, por lo que eligiendo un valor determinado podemos estimar su número en cada zona.

Zona a iluminar Iluminancia

(lux) Superficie

(m²)

Flujo luminoso total (lm)

Flujo por lámpara

Nº de lámparas

Almacén 750 42 31500 1500 21

Oficina y sala de reuniones

750 32 24000 1500 16

Zona de ensayos 1000 54 54000 2000 27

Sala de control 750 20 15000 1500 10

Taller de preparación 1000 12 12000 2000 6

Tabla 15. Necesidades de iluminación y número de lámparas por zonas.

5.1.3. Climatización

Referente a la climatización del laboratorio se consideran la RD 488/97 y la NTP 433 las cuales nos indican:

“La ventilación general del laboratorio permite su acondicionamiento ambiental en cuanto a necesidades termohigrométricas y la dilución y evacuación de contaminantes. El adecuado acondicionamiento ambiental del laboratorio se consigue actuando sobre la temperatura, el índice de ventilación y la humedad del aire.

El control ambiental del laboratorio exige dos actuaciones bien diferenciadas: la retirada de contaminantes y la renovación del aire.

Aunque la simple renovación del aire del ambiente permite hasta un cierto punto controlar el nivel de contaminación ambiental (disminución de olores y dilución de la concentración de contaminantes) es incapaz de eliminar eficazmente los contaminantes generados en el laboratorio.

Si el laboratorio comparte el sistema de ventilación con otras dependencias, a la propia dificultad de acondicionar adecuadamente el laboratorio por su probablemente elevada carga térmica, se añaden otros problemas como la propagación de un incendio y la dispersión de la contaminación residual del laboratorio hacia instalaciones anexas. Por todo ello es recomendable disponer de un sistema de ventilación independiente y exclusivo del laboratorio. Ver la NTP 373.95.”

Para la elección del equipo y poder mantener las condiciones ambientales óptimas, se toma como referencia la norma UNE 100-011-91, que recomienda para los laboratorios un aporte de aire exterior de 10 l/s por persona ó 3 l/s.m2, caudales que deben considerarse mínimos a efectos de ventilación y máximos a efectos de ahorro de energía y siempre que el aire alcance toda la zona ocupada.


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En nuestro caso aplicamos el caudal de aire de 3 l/s.m2 , obteniendo los resultados mostrados en la siguiente tabla:

ÁREA DE TRABAJO Superficie

[ m2 ] Caudal de aire

[ l/s.m2 ]

1 Almacén – Recepción especímenes 42 126

2 Zona de ensayos 54 162

3 Taller de preparación 12 36

4 Sala de control 20 60

5 Oficina - Sala de reuniones 32 96

TOTAL 160 480

Tabla.16. Aporte de aire necesario para cada área

Para la elección de los equipos de climatización e instalación de difusores y de rejillas de retorno en techo se contemplarán unas condiciones climáticas mínimas.

Zona de ensayos y sala de control

En estas zonas, se tendrán presentes las especificaciones que nos proporciona el fabricante de los medios de ensayo, prestando especial atención a los rangos de temperatura de trabajo que nos indican en la siguiente tabla:

Tabla. 17. Rangos de temperatura de trabajo de los equipos de ensayo

Para el resto de la instalación se consideran las condiciones climáticas de la siguiente tabla:

Estación del año Temperatura

operativa [ ºC ] Humedad

relativa [ % ]

Verano 23 .. 25 45 .. 60

Invierno 21 .. 23 40 .. 50

Tabla. 18. Condiciones ambientales


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5.1.4. Instalación neumática – aire comprimido

Instalación necesaria en la zona de ensayos, ya que el vibrador necesita 7 bares de presión para el correcto funcionamiento de los amortiguadores de aire, dando estabilidad al sistema y evitando los daños en el suelo por vibraciones. También se instalará en el taller de preparación para abastecer a los elementos necesarios de trabajo.

Fig. 78. Detalle de los cojines de aire de un vibrador combo

Se aprovechará la red ya existente que da servicio con una presión máxima de 10 bar. , dicha instalación cumple la norma ISO 8573 de calidad del aire. El conducto general está formado por tubos de aluminio de 40mm y 4m de longitud y dispondrá de un purgador de boya de columna con una válvula de seccionamiento a la entrada de la instalación interior. Existirán tres derivaciones del conducto general, una toma en el taller de preparación para conexionado de herramientas, otra toma para dar servicio a los amortiguadores neumáticos del vibrador, y otra para la conexión de un purgador. La toma para el taller de preparación constará de los siguientes elementos:

Derivación con codos y tubo de 20mm

Filtro en línea con rosca para tubo de 20mm

Regulación de presión de 0 a 12 bar con rosca para tubo de 20mm

Válvula para toma (max. 25 bar) con rosca para tubo de 20mm

La toma para dar servicio al vibrador constará de los siguientes elementos:

Derivación con codos y tubo de 20mm


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Filtro en línea con rosca para tubo de 20mm

Regulador de presión de 0 a 12 bar con rosca para tubo de 20mm

Fig. 79. Detalle filtro regulador

5.1.5. Red informática

La instalación interior se integrará dentro del cableado estructurado existente en la empresa.

Constará de los siguientes elementos:

1 Ud. Switch de 8 puertos

20 m cable trenzado no apantallado UTP cat. 6e.

6 Uds. terminales RJ-45

6 Uds. bases para conector RJ-45

20 m canaleta de PVC

Fig. 80. Switch Cisco de 8 puertos

Se realizará una instalación para formar una pequeña red LAN con velocidad de 1 Gbit, según el estándar Ethernet 802.3ab y 802.3z . Existirán 6 puntos de red, conectados cada uno a un puerto del switch mediante cable Ethernet UTP cat. 6 formando una topología en estrella.

El cable discurrirá por canaleta de PVC en su recorrido tanto horizontal como vertical.

Finalmente el switch irá conectado mediante cable Ethernet al armario general que da servicio a toda la nave.


91

5.1.6. Medidas y protección contra incendios

En base al documento RD 2267/2004, “Reglamento de seguridad contra incendios en establecimientos industriales”

La ubicación del laboratorio propuesto en este proyecto, se considera un establecimiento industrial ubicado en un edificio, clasificado como:

Tipo A: El establecimiento industrial ocupa parcialmente un edificio que tiene, además, otros establecimientos ya sean estos de uso industrial o de otros usos.

Fig. 81. Clasificación de locales industriales en materia antiincendios

Para definir los recorridos y los elementos de evacuación se toman como referencia los criterios descritos en la normativa aplicable:

RD 2267/2004 Reglamento de seguridad contra incendios en establecimientos industriales.

DB SI: Seguridad en caso de incendio

NTP 436: Cálculo estimativo de vías y tiempos de evacuación

5.1.6.1. Recorrido de evacuación

Condiciones de evacuación para configuraciones tipo “A”

“La evacuación del establecimiento industrial podrá realizarse por elementos comunes del edificio, siempre que el acceso a estos se realice a través de un vestíbulo previo. Si el número de empleados del establecimiento industrial es superior a 50 personas, deberá contar con una salida independiente del resto del edificio. “

En toda la instalación está previsto que trabajen un total de 4 a 5 personas, está cifra se considera un nivel bajo de ocupación, se consideran también el número de salidas existentes, quedando los recorridos de evacuación reflejados en el siguiente plano:


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Fig. 81. . Recorrido de evacuación

5.1.6.1. Elementos de evacuación

Señalización riesgos y evacuación

Color Significado Indicaciones y precisiones

Rojo (contraste en blanco)

Señal de prohibición Comportamientos peligrosos

Peligro-alarma Alto, parada, dispositivos de desconexión de emergencia. Evacuación

Material y equipos de lucha contra incendios

Identificación y localización

Amarillo (contraste en negro) Señal de advertencia Atención, precaución. Verificación

Azul (contraste en blanco) Señal de obligación Comportamiento o acción específica. Obligación de utilizar un equipo de protección individual

Verde (contraste en blanco)

Señal de salvamento o de auxilio

Puertas, salidas, pasajes, material, puestos de salvamento o de socorro, locales

Situación de seguridad Vuelta a la normalidad

7m

4m

5m

3m

4m

6m

0.8

m

2.5

m

0.8

m

3.5m

0.8

m

1m

2.7

m

4.3m

0.7m

2.5

m

17 m

18 m

17 m

5 m

9 m

5 m

12 m


93

Fig. 82. Elementos de evacuación

Fig. Leyendas de los elementos de evacuación

5.2. Infraestructuras

Para la obra civil se han de considerar y valorar los siguientes aspectos:

Prevención de riesgos

Medioambientales: materiales usados, aislamiento acústico

Estética

Durabilidad

Mantenimiento fácil

Precio

Techos y dobles techos

Tomando las indicaciones recomendadas en la NTP 551 y RD 486/97:

6m

7m

4m

5m

3m

4m

0.8

m

2.5

m

0.8

m

3.5m

0.8

m

2.5

m

1m

2.7

m

4.3m

0.7m

Salida de emergencia

Extintor

Señal sentido de evacuación

Sistema automatico de evacuación

Pulsador manual de alarma


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“Los laboratorios deben tener una altura no inferior a 3 m (RD 486/97). El techo, donde habitualmente están situados los sistemas de iluminación general, debe estar construido con materiales de elevada resistencia mecánica y pintado o recubierto por superficies fácilmente lavables, evitándose la acumulación de polvo y materiales tóxicos. En laboratorios situados en locales de uso industrial, el material del techo debe ser del tipo incombustible (M0) o ininflamable (M1) (ver más adelante la tabla 2), y si están situados en un centro sanitario o docente sólo puede ser del tipo incombustible (M0).

Si se dispone de doble techo, éste debe ser de material incombustible (M0), lavable y diseñado y construido de manera que sea resistente, seguro y fácilmente desmontable. Un factor a considerar es su impenetrabilidad a gases y vapores a fin de evitar que tanto estos contaminantes como el humo, en caso de incendio, puedan transmitirse a las dependencias adyacentes. En este sentido es también recomendable que los tabiques de separación lleguen hasta el forjado (ver figura). También deben valorarse sus propiedades en cuanto a transmisión de ruido. Se recomienda que tanto los techos como los dobles techos, estén pintados en blanco, lo que permite evitar diferencias muy acusadas de contraste entre ellos y las luminarias de los sistemas de iluminación.”

Fig. 83. Tabiques y dobles techos

Para el aislamiento acústico de toda la instalación se han tenido presente las consideraciones descritas en la siguiente normativa:



Los techos Bioguard Acoustic seleccionados cumplen las normas mencionadas, siendo estas sus características principales:

Designación del producto: Bioguard Acoustic Acabado lateral: Board Módulo (mm): 1200 x 600 x 17 MM Reacción al fuego: EEA - Euroclass A2-s1,d0 Absorción acústica (alpha w): 0.60 (H) Aislamiento acústico Dnfw (dB): 36 Clasificación de absorción acústica Europea: C Reflexión de la luz (%): 84.85 Resistencia a la humedad (%): 95 Superficie: Bioguard Laminado Material: Fibra Mineral (45% material reciclado)


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Suelos

Para la elección de los suelos del laboratorio y el cálculo de la sobrecarga por m2 , hemos de contemplar el peso de todos los medios de ensayo que habrán en su interior, por lo que seguiremos las indicaciones de la NTP 551: Normalmente, los suelos suelen estar proyectados para una sobrecarga de uso mínimo de 300 kg /m2 aunque en los recintos del departamento en que vayan a instalarse equipos o máquinas pesadas, estas cifras deben ser superiores. Es recomendable que tengan una base rígida y poco elástica, para evitar vibraciones especialmente en tareas como la pesada o el análisis instrumental. El revestimiento del suelo varía con relación al tipo de actividad a desarrollar en el recinto, estando sus características, en algunos casos, específicamente establecidas. Los factores que se han considerado para la elección del material para el suelo son: • Resistencia mecánica • Posibilidad de caídas, especialmente cuando están mojados • Facilidad de limpieza y descontaminación • Impermeabilidad de las juntas • Conductividad eléctrica • Estética • Comodidad (dureza, ruido, etc.) • Precio • Duración • Facilidad de mantenimiento El suelo seleccionado para toda la instalación, excepto la oficina y sala de control es pavimento auto nivelante Hardfloor.

Fig. 84. Detalle de la pintura autonivelante


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Señalización peligro / riesgos

Para la prevención de posibles accidentes por impactos en la zona de ensayos, se establece un perímetro de seguridad que rodea todo el sistema de vibración, que según la normativa vigente establece que ha de ser la siguiente:

Negro - Amarillo: (según normas DIN 4518) En peligro de chocar, caer, tropezar,

caída de cargas, estrechamiento de galibos, vigas, tubos, escalones, baches, cintas transportadoras, andamios, esquinas salientes, y todo aquel obstáculo que pueda suponer peligro de accidente.

Rojo - Blanco: (según normativas DIN 4817) En peligro inmediato, dispositivos

conexión de emergencias, prohibiciones y material contra incendios.

Por lo que dicha zona queda rodeada por una banda autoadhesiva que se coloca en el pavimento, quedando de la siguiente forma:

Fig. 85. Detalle de la señalización de peligro

Instalación puente-grúa

Se estudia el dimensionado, ubicación y colocación de las vigas sobre la estructura del laboratorio, para la correcta instalación del puente-grúa.

Montaje

El montaje de un puente grúa se divide en dos operaciones diferentes:

Montaje de las vías de rodadura, su soporte y sus cimentaciones

Montaje de la propia máquina


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Montaje de las vías de rodadura, su soporte y sus cimentaciones

Lo realizará la empresa siguiendo estrictamente las indicaciones del fabricante.

Teniendo en cuenta las normas y cálculos necesarios, adjuntará a sus instrucciones o por entrega previa a las mismas las especificaciones técnicas concretas que deban cumplir las vías y su sustentación.

Fig. 86. Detalle del montaje de las vía y de la cimentación necesaria

Montaje de la propia máquina

Lo realizará el fabricante a través de sus montadores técnicamente cualificados.


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6. SISTEMA DE GESTIÓN DE LA CALIDAD

6.1. Beneficios de la implantación

Ante el mercado:

Mejorar la imagen de los productos y/o servicios ofrecidos.

Favorecer su desarrollo y afianzar su posición.

Ganar cuota de mercado y acceder a mercados exteriores gracias a la confianza que genera entre los clientes y consumidores.

Ante los clientes:

Minimización de riesgos. Los clientes se aseguran de reducir el riesgo de adquirir productos defectuosos.

Aporta fiabilidad y reconocimiento, que repercute directamente en la confianza de los clientes.

Eliminar múltiples auditorías con el correspondiente ahorro de costes.

Acceder a acuerdos de calidad concertada con los clientes.

Para la gestión de la empresa:

Servir como medio para mantener y mejorar la eficacia y adecuación del sistema de gestión de la calidad, al poner de manifiesto los puntos de mejora.

Cimentar las bases de la gestión de la calidad y estimular a la empresa para entrar en un proceso de mejora continua.

Aumentar la motivación y participación del personal, así como mejorar la gestión de los recursos.

Reducción de tiempos y costes. Obtener un resultado correcto en las pruebas, ayuda a cumplir con las previsiones de producción, y contribuye a reforzar la competitividad y el prestigio de la compañía.

Integración con otros sistemas de gestión de calidad como ISO 9000.

6.2. Normativa aplicable

6.2.1. UNE-EN ISO 9001:2008

El proceso de revisión de la norma ISO 9001 inicia su fase final, después de que el pasado 3 de junio se publicara el borrador de la ISO 9001:2015, elaborado por el comité técnico ISO/TC 176 responsable de elaborar las normas de ISO 9000 y complementarias. Siguiendo la planificación prevista, el FDIS (borrador final) se publicará en noviembre de 2014 para poder publicar definitivamente la nueva versión de la norma en el otoño del año 2015.


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Actualmente la empresa tiene implantado un sistema de calidad basado en la norma ISO 9001:2008.

Objeto y campo de aplicación Esta norma internacional especifica los requisitos para un sistema de gestión de la calidad, cuando una organización:

Necesita demostrar su capacidad para proporcionar regularmente productos que satisfagan los requisitos del cliente y los legales y reglamentarios aplicables.

Aspira a aumentar la satisfacción del cliente a través de la aplicación eficaz del sistema, incluidos los procesos para la mejora continua del sistema y el aseguramiento de la conformidad con los requisitos del cliente y los legales y reglamentarios aplicables.

En esta norma internacional, el término "producto" se aplica únicamente a el producto destinado a un cliente o solicitado por él, o a cualquier resultado previsto de los procesos de realización del producto.

La especificación técnica ISO/TS 16949:2002 junto con la Norma ISO 9001:2008, define los requisitos del sistema de gestión de la calidad para el diseño y desarrollo, la producción y, cuando sea pertinente, la instalación y el servicio posventa de los productos del sector del automóvil.

Esta especificación técnica es aplicable a los lugares de la organización donde se fabrican los productos especificados por los clientes, para la producción y/o el servicio posventa.

Las funciones de apoyo, situadas en el emplazamiento o fuera de él, tales como los centros de diseño, las oficinas centrales de la compañía y los centros de distribución, forman parte de la auditoría del lugar de fabricación ya que le dan apoyo, pero no pueden obtener un certificado independiente según esta especificación técnica.

Esta especificación técnica también puede ser aplicada en toda la cadena de suministro del sector del automóvil.

Requisitos para la aplicación de la norma

Todos los requisitos de esta norma internacional son genéricos y se pretende que sean aplicables a todas las organizaciones sin importar su tipo, tamaño y producto suministrado.

6.2.2. UNE-EN ISO/IEC 17025:2005

A diferencia de la certificación de acuerdo a la Norma ISO 9001, que es la confirmación de que una empresa ha establecido un sistema de gestión de la calidad conforme con ciertos requisitos, la acreditación de acuerdo a la Norma ISO/IEC 17025:2005 confirma la competencia técnica del laboratorio, y garantiza la fiabilidad en los resultados de los ensayos y calibraciones tanto a nivel nacional como internacional.

El crecimiento en el uso de los sistemas de gestión ha aumentado la necesidad de asegurar que los laboratorios puedan utilizar un sistema de gestión de calidad que se considere compatible con la norma ISO 9001, así como demostrar competencia técnica. Por ello, la norma ISO 17025 se ha diseñado para incorporar todos los requisitos de la norma ISO 9001


100

que son pertinentes en el ámbito de los servicios de pruebas y calibración, así como la especificación de los requisitos técnicos para la competencia técnica.

6.2.3. UNE ISO/TS 16949: 2009

Sistemas de gestión de la calidad. Requisitos particulares para la aplicación de la Norma ISO 9001:2008 para la producción en serie y de piezas de recambio en la industria del automóvil.

Esta especificación técnica es aplicable a los lugares de la organización donde se fabrican los productos especificados por los clientes, para la producción y/o el servicio posventa.

Las funciones de apoyo, situadas en el emplazamiento o fuera de él, tales como los centros de diseño, las oficinas centrales de la compañía y los centros de distribución, forman parte de la auditoría del lugar de fabricación ya que le dan apoyo, pero no pueden obtener un certificado independiente según esta especificación técnica.

Esta especificación técnica también puede ser aplicada en toda la cadena de suministro del sector del automóvil.

6.3. Requisitos a cumplir según la norma UNE-EN ISO/IEC 17025

Los laboratorios desempeñan un papel fundamental en los sistemas de calidad de las empresas. Se puede usar la norma ISO/IEC 17025 como estándar para desarrollar y establecer un sistema de calidad en un laboratorio y también como herramienta de valoración del laboratorio por parte de los clientes y otras empresas. Este estándar sirve además de criterio para la acreditación del laboratorio. Trabajar según los estándares mundiales es especialmente importante para los laboratorios a fin de asegurarla validez y capacidad de equiparación global de los resultados de ensayos y calibraciones.

Uno de los objetivos del uso de estándares mundiales es reducir el número de ensayos necesarios en el comercio nacional y el internacional.

La primera edición de los “Requisitos generales relativos a la competencia de los laboratorios de ensayo y calibración” nació a raíz de la amplia experiencia adquirida al implantar la Guía ISO/IEC 25 y EN 45001 y sustituyó estos estándares anteriores en 1999. Este nuevo estándar contiene todos los requisitos que deben cumplir los laboratorios de ensayo y calibración si desean demostrar que utilizan un sistema de gestión, son técnicamente competentes y pueden generar resultados técnicamente válidos.

Los requisitos de gestión en la primera edición hacen referencia a las normas ISO 9001:1994 e ISO 9002:1994, que fueron sustituidas por la norma ISO 9001:2000y por tanto ha sido necesario actualizar la ISO/IEC 17025. En la segunda versión de la norma ISO/IEC 17025, publicada en 2005, se modificaron o incorporaron cláusulas en los casos necesarios a tenor del contenido de la norma ISO 9001:2000.

Así pues, los laboratorios de ensayo y calibración que cumplen con la norma ISO/IEC 17025 también acatarán la norma ISO 9001.

Los organismos de certificación que reconocen la competencia de los laboratorios de ensayo y calibración usan la norma ISO/IEC 17025 como base para su acreditación.

Implantar la norma ISO/IEC 17025 como parte de las iniciativas de calidad del laboratorio supone ventajas para el área del laboratorio y el área empresarial. Algunas de estas ventajas son:


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• Acceso a más contratos para ensayos. Algunas organizaciones públicas y privadas sólo contratan a laboratorios acreditados. La acreditación también ayuda a obtener más contratos de organizaciones que no exigen la acreditación de los laboratorios pero sí les dan preferencia en situaciones de competitividad.

Mejor reputación e imagen del laboratorio a escala nacional y mundial.

Mejora constante de la calidad de los datos y la efectividad del laboratorio.

Actúa de base para la mayoría de los sistemas de calidad relacionados con laboratorios, como las Prácticas recomendadas de fabricación y las Prácticas recomendadas para laboratorios.

Los laboratorios de ensayos que pretenden implantar la norma ISO/IEC 17025 notarán los resultados en varias áreas. La principal diferencia entre prácticas recomendadas para los laboratorios de ensayos y la acreditación oficial es la cantidad de documentación que es necesario elaborar. No cabe duda de que cualquier laboratorio de ensayos que se precie usa técnicos especializados, comprueba el rendimiento de los equipos empleados, y valida los métodos de ensayo. Sin embargo, en muchas ocasiones no se documentan íntegramente los resultados de los ensayos. La acreditación ISO/IEC 17025 requiere documentación formal para prácticamente todo. Es parecido a operar en un entorno regulado, “lo que no está documentado es un rumor” y los asesores lo consideran como que “no se está haciendo”.

La mejor manera de ilustrar el impacto general de la acreditación en un laboratorio de ensayos es echando un vistazo a todo el flujo de trabajo de datos y muestras. La Figura 1 muestra el flujo de trabajo habitual de un laboratorio con datos de ensayos y muestras, junto con los requisitos de la norma ISO/IEC 17025.

Tabla19. Requerimientos para laboratorios de ensayo según ISO/IEC 17025


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Los requisitos específicos incluyen:

• Se debe realizar el muestreo según un plan de muestreos y se debe documentar todos los detalles de la muestra.

• Se deben identificar individualmente las muestras y se debe proteger su integridad durante el transporte y el almacenamiento.

• Se debe supervisar la calidad de los resultados de los ensayos.

• Los informes de los ensayos deben incluir los resultados de los ensayos y una estimación de la incertidumbre general de la medición. El informe también debe incluir información detallada sobre el estado de las muestras y los ensayos o un enlace a un documento de referencia.

• Se deben mantener adecuadamente los registros para asegurar la integridad y disponibilidad de los datos.

Algunos requisitos afectan a más de un paso del flujo de trabajo:

• Se deben validar todos los métodos y procedimientos analíticos. Esto incluye los métodos y procedimientos para los muestreos, ensayos y evaluación de datos.

• Se deben calibrar, probar y mantener adecuadamente los equipos usados para muestreos y ensayos. El material, como los estándares de calibración, debe ser apto y acorde al sistema internacional de unidades o material de referencia certificado.


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7. LA ACREDITACIÓN ENAC

7.1. Definición de acreditación

El término acreditación al que se hace referencia en este proyecto, se refiere a la actividad de evaluación de la competencia técnica de cierto tipo de organizaciones que realizan diversas actividades de evaluación y control (ensayos, calibración, inspección, certificación, verificación, etc.).

7.1.1. ¿Qué es ENAC?

La Entidad Nacional de Acreditación (ENAC) es una asociación sin ánimo de lucro y declarada, según el Real Decreto 1715 de 20101 del estado español, como el único organismo dotado de potestad pública para otorgar acreditaciones de acuerdo con lo establecido en el Reglamento Europeo (CE) n.º765/2008

Su principal función es evaluar, mediante auditorías, que los organismos evaluadores de la conformidad (laboratorios, entidades de inspección y de certificación y verificadores) sean técnicamente competentes.

Como organismo de evaluación de la conformidad, realiza la certificación de productos y sistemas de gestión, la inspección de seguridad de las instalaciones, el análisis de productos alimenticios, la Inspección Técnica de Vehículos ITV, los análisis clínicos, las Denominaciones de Origen, la inspección y análisis de emisiones y vertidos, los ensayos de materiales, el análisis de aguas, las verificaciones de emisiones de gases de efecto invernadero, el análisis de ADN, la inspección y análisis de legionella, las pruebas forenses, la medida de ruidos, etc.

7.1.2. Automoción y acreditación

El crecimiento del mercado del automóvil fomenta una dura competitividad en el sector, y propicia que muchos laboratorios de ensayo busquen obtener la acreditación para desmarcarse de la dura competencia. La acreditación ENAC es una garantía de calidad y de reconocimiento internacional, que genera confianza en el cliente.

7.2. Beneficios de la acreditación

7.2.1. Para la Empresa

Elegir un evaluador de la conformidad acreditado le garantiza su competencia técnica, y pone a su disposición un equipo humano cualificado, que cuenta con el equipamiento adecuado, y desarrolla su labor aplicando métodos de trabajo apropiados, gestionando su actividad con criterios de calidad.

Reduce tiempos y costes

Las pruebas de los productos tienen unos costes y consumen tiempo, aun cuando se efectúen correctamente la primera vez. Evite la repetición de resultados que implican tiempo y costes añadidos.

Los servicios de evaluación acreditados aportan un valor añadido a su producto o servicio, en cuanto a fiabilidad y reconocimiento, que repercute directamente en la confianza de sus clientes y refuerza la imagen de su empresa.

http://es.wikipedia.org/wiki/Entidad_Nacional_de_Acreditaci%C3%B3n_ENAC#cite_note-1


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La acreditación pone a su disposición un proceso de selección de evaluadores único, homogéneo y reproducible, reduciendo la necesidad de dedicar recursos propios.

Minimiza riesgos

Contar con evaluadores acreditados le ayudará a reducir los niveles de riesgo de producir o proveer un producto defectuoso, al permitirle tomar decisiones basadas en una información técnicamente fiable. Además disminuye el riesgo de ver rechazado su producto por el comprador que no acepta evaluaciones no acreditadas.

Ante la posibilidad de un litigio, es una clara forma de demostrar que su empresa ha adoptado todas las precauciones a su alcance a la hora de seleccionar y contratar un servicio de evaluación competente.

Aumenta la confianza de sus clientes

La confianza en su producto aumenta si sus clientes saben que ha sido evaluado por un evaluador acreditado.

Aumenta la aceptación de sus productos en otros mercados

Un sistema de acuerdos internacionales permite que los resultados de los evaluadores de la conformidad acreditados sean aceptados más fácilmente por los mercados extranjeros. Esta aceptación contribuye a reducir los costes para fabricantes y exportadores, reduciendo o eliminando la necesidad de repetir pruebas en el país de importación.

Un aliado para la empresa exportadora

La acreditación contribuye a reducir los obstáculos técnicos asociados a la exportación; una forma de evitar la repetición de los ensayos, certificaciones e inspecciones a las que deben someterse los productos para su comercialización en otros países.

7.2.2. Para la Administración

Es cada vez más habitual que las diferentes Administraciones, responsables de la protección de la salud y seguridad de las personas y el medio ambiente, en el desarrollo de sus competencias reglamentarias o como apoyo a sus políticas en materia de calidad, establezcan o tengan que supervisar esquemas de evaluación de la conformidad.

La acreditación de ENAC pone a su disposición un proceso de evaluación único, transparente y reproducible para asegurarse de la competencia técnica de los Organismos Evaluadores de la Conformidad, así:

se evita la utilización de recursos propios,

se elimina el coste de reinventar,

se refuerza la coherencia, fomentando y reforzando la confianza del ciudadano hacia los servicios básicos,

contribuye a reducir la necesidad de múltiples evaluaciones, y por tanto, a mejorar la eficiencia,

se toman decisiones, que afectan a la salud y la seguridad, basadas en una información técnicamente fiable y homogénea, disminuyendo el riesgo y reforzando la confianza de la sociedad en las instituciones, los servicios públicos y los mercados.


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La acreditación es una herramienta que facilita el desarrollo de mercados seguros, con una libre oferta de productos y servicios fiables, a la vez que contribuye a reforzar la protección de los consumidores. Estos factores favorecen la buena marcha y fluidez de los mercados y fomentan la aparición de esquemas fiables de autorregulación, así como la adopción de buenas prácticas, reduciendo la necesidad de reglamentación por parte de las Administraciones.

7.2.3. Para los evaluadores

La acreditación de ENAC proporciona a las organizaciones de evaluación de la conformidad el reconocimiento de su competencia técnica.

Les permite trabajar tanto en aquellos sectores y actividades en los que la acreditación es un requisito obligatorio (ej.: realización de inspecciones o certificaciones de acuerdo con Reglamentos de Instalaciones Industriales y de Productos industriales, control oficial de productos alimenticios; etiquetado facultativo de carne de vacuno, producciones agrarias ecológicas, Verificación Medioambiental EMAS), como en aquellos en los que la acreditación es un requisito voluntario pero frecuentemente exigido por sus clientes (ej.: calibración, certificación de sistemas de calidad, certificación de sistemas de gestión medioambiental, ...).

La acreditación reduce la posibilidad de que se vean sometidos a múltiples evaluaciones por parte de los distintos clientes que contratan sus servicios, y de las distintas administraciones competentes en su campo de actuación.

Constituye un rasgo diferenciador en el mercado, garantía de integridad y competencia, y sinónimo de servicio reconocido internacionalmente, aumentando así sus oportunidades comerciales.

Así mismo es un medio de concienciación sobre la necesidad de mejora continua.

7.2.4. Para el consumidor final

Inspira confianza al garantizar que los productos han sido evaluados por un organismo independiente y competente.

Aumenta la libertad de elección y fomenta un mercado libre, pero fiable.

La acreditación representa el reconocimiento formal de la competencia técnica de esas organizaciones y una manera segura de identificar a aquellos evaluadores de la conformidad que ofrecen máxima fiabilidad en sus servicios, aportando valor:

7.3. La marca ENAC

La marca de ENAC o referencia a la condición de acreditado en los informes o certificados es el medio por el cual las organizaciones acreditadas declaran públicamente el cumplimiento de los requisitos de acreditación. Los usuarios reconocerán fácilmente los documentos emitidos como resultado de actividades acreditadas (informes de ensayo, certificados, etc.) a través de la marca ENAC. Su presencia en informes y certificados es la garantía de contar con las ventajas aportadas por la acreditación, incluida su aceptación internacional.


106

Los certificados e informes sin la Marca de Acreditación, o referencia a la acreditación, no pueden ser considerados "documentos acreditados" y por lo tanto no se benefician de estas ventajas. Sólo pueden hacer uso de la Marca de ENAC o referencia a la condición de acreditado aquellas organizaciones que estén acreditadas. El uso inadecuado o fraudulento puede dar lugar a que ENAC emprenda acciones legales contra los infractores. Las Marcas de ENAC permiten identificar claramente los ensayos, calibraciones y certificaciones acreditados que cuentan con el respaldo de los “Acuerdos Multilaterales de Reconocimiento” suscritos por más de 70 países. Estos acuerdos constituyen un apoyo técnico al comercio internacional, permitiendo que los certificados e informes emitidos por las organizaciones acreditadas, y los productos o servicios que amparan, sean aceptados fácilmente en los mercados internacionales, contribuyendo así a la eliminación de barreras técnicas y a la reducción de los costes de evaluación. Con la inclusión de la marca se consigue que, de manera inmediata, los clientes y usuarios que reciben un certificado o informe reconozcan que el laboratorio o la entidad de certificación que lo ha emitido está acreditado y reconocido internacionalmente.

Para hacer más visible el carácter internacional de la acreditación a nivel mundial, las organizaciones de acreditadores ILAC e IAF han elaborado sus propias marcas para ser usadas conjuntamente con las marcas nacionales. Los organismos acreditados por ENAC pueden utilizan estas marcas combinadas en lugar de la marca de ENAC, si bien su significado es idéntico a la marca de ENAC.


107

7.4. Obtención de la acreditación ENAC

Para la obtención de la acreditación del laboratorio, ENAC nos indica ocho pasos a proseguir:

1. La dirección asigna un responsable del proyecto.

2. El responsable del proyecto estudia los detalles sobre el material de apoyo estándar y otra información pertinente.

3. El responsable del proyecto define el alcance preliminar de la acreditación y

trabaja con los profesionales del laboratorio para preparar una lista con los requisitos.

4. El responsable del proyecto y los profesionales del laboratorio realizan un análisis

de deficiencias para determinar la diferencia entre los requisitos y lo que está actualmente implantado en el laboratorio.

5. Según los resultados de este análisis de deficiencias, el responsable del proyecto los profesionales del laboratorio, los profesionales de finanzas y documentación y los consultores externos estiman el coste de la acreditación.

6. Se presenta el coste estimado ante la dirección, junto con las oportunidades de

aumento de beneficios.

7. La dirección decide proceder con la acreditación.

8. El responsable del proyecto dirige los pasos de implantación.


108

Proceso de Acreditación Paso a Paso


109

7.4.1. Paso 1. Solicitud de acreditación

Para solicitar la acreditación, se debe cumplimentar el apropiado formulario de solicitud y enviarlo a ENAC aportando toda la documentación que se indica en el mismo. Esta documentación servirá para conocer las características de su organización y el modo en el que se llevan a cabo las actividades para las que solicita la acreditación y para preparar adecuadamente la evaluación. Así mismo debe adjuntar el justificante de pago de la tarifa de apertura de expediente de acuerdo a las tarifas en vigor.

La información recibida por ENAC, tanto en la solicitud como a lo largo de todo el proceso de acreditación será considerada como CONFIDENCIAL.

Alcance de acreditación

El alcance de Acreditación es una parte fundamental de la solicitud de acreditación ya que constituirá finalmente el Anexo Técnico que acompaña al “Certificado de Acreditación”. El solicitante de la acreditación establece el alcance para el que desea ser acreditado en función de sus necesidades y objetivos.

La solicitud de acreditación para un alcance concreto es una declaración por parte de la entidad de su competencia técnica para todas las actividades incluidas en él y la evaluación de ENAC persigue, por tanto, determinar si la entidad es capaz de demostrar su competencia en la totalidad del alcance declarado.

Para conocer en qué términos se debe definir el alcance dispone de instrucciones en cada uno de los formularios de solicitud.

Aceptación y revisión de la Solicitud

Una vez recibida la solicitud de acreditación, ENAC revisa la documentación suministrada con objeto de comprobar que la actividad es susceptible de ser acreditada y comunica al solicitante el número de expediente asignado, y el técnico responsable de coordinar su proceso de acreditación.

El técnico responsable del expediente verifica que el alcance de las actividades a acreditar está claramente definido y confirma que se ha aportado toda la información necesaria para preparar y realizar adecuadamente la evaluación. Si la documentación no fuera completa o adecuada se pedirá al solicitante que la complete.

Si todo es correcto, y antes de iniciar la evaluación, ENAC remite al solicitante para su aceptación un presupuesto estimado del coste del proceso.

7.4.2. Paso 2. Evaluación

Designación del equipo auditor

ENAC designa, de entre sus auditores y expertos calificados, al equipo auditor que llevará a cabo, el proceso de evaluación que contará con un auditor jefe, responsable final de la auditoría, y tantos expertos técnicos como sean necesarios en función de las actividades para las que la entidad solicita la acreditación.

ENAC informa al solicitante de los nombres de los miembros del equipo auditor y, en su caso, de la organización a la que pertenecen. Si la entidad entiende que hay motivos que pudieran comprometer su imparcialidad puede recusarlos por escrito, aportando los motivos.


110

Estudio documental

Previo a la auditoría “in situ” se realiza un estudio de los documentos técnicos de la entidad. El informe con el resultado del estudio se envía a la entidad para que adopte las medidas que considere oportunas para resolver, en su caso, los problemas identificados.

Auditoría y visitas de acompañamiento

Una vez se considera satisfactorio el estudio documental, el auditor jefe se pone en contacto con la entidad para fijar la fecha de la auditoría y le envía un Programa de Auditoría.

Durante la auditoría, se evalúa el sistema de gestión de la entidad, su funcionamiento, la ejecución de las actividades y la implantación de los requisitos de acreditación.

Con objeto de verificar la correcta aplicación e interpretación de los procedimientos de trabajo y la competencia técnica del personal se seleccionan actividades representativas del alcance de acreditación para presenciar la actuación del personal técnico.

En laboratorios de ensayo se solicita la realización de una muestra representativa de los ensayos que son objeto de acreditación.

En laboratorios de calibración, se solicita la calibración de un “patrón de transferencia”, previamente calibrado por un laboratorio acreditado, que proporciona el equipo auditor.

En entidades de inspección, certificación y verificadores se realizan visitas de acompañamiento en las que los expertos técnicos presencian la actuación de los auditores / inspectores.

Al final de la auditoría el equipo auditor presentará a los representantes de la entidad un resumen de los resultados de la investigación y las desviaciones detectadas respecto a los criterios de acreditación.

Informe del equipo auditor

Tras la realización de la auditoría se facilita a la entidad un informe escrito elaborado por el equipo auditor con los resultados de la evaluación realizada.

Respuesta del solicitante

La entidad debe analizar las causas de las desviaciones que se han detectado, revisar la repercusión que pueden tener en el resto de actividades relacionadas y remitir a ENAC un plan de acciones correctoras, aportando evidencias que demuestren que han recibido el tratamiento adecuado para su resolución.

La entidad podrá alegar aquellos extremos del informe con los que se encuentre disconforme, aportando todas las evidencias que considere necesarias.

7.4.3. Paso 3. Decisión de Acreditación

Las decisiones de acreditación son tomadas por un órgano técnico independiente denominado Comisión de Acreditación.

Para conceder la acreditación, la Comisión de Acreditación debe obtener la confianza adecuada en que se cumplen los requisitos de acreditación y en que las desviaciones detectadas en su caso, han sido convenientemente tratadas. Para ello analiza la información generada durante el proceso de evaluación y basándose en ello adopta una de estas decisiones:


111

Conceder la acreditación.

Determinar las actividades de evaluación extraordinarias que sean necesarias para asegurarse de la subsanación de las desviaciones detectadas.

En caso de disconformidad con la decisión, la entidad puede dirigirse al Comité Permanente, formulando cuantas alegaciones tenga por oportunas.

Certificado de Acreditación

En el Certificado de Acreditación se expresan específicamente:

Nombre de la entidad y número de la acreditación concedida.

Alcance de la acreditación, por referencia a un documento llamado Anexo Técnico al certificado.

Fecha de entrada en vigor de la acreditación.

La entidad acreditada tiene derecho a hacer uso de la marca de ENAC o referencia a su condición de acreditado en las condiciones establecidas en el documento CEA-ENAC-01 “Criterios para la utilización de la marca ENAC o referencia a la condición de acreditado”.

7.5. Documentación

ENAC pone a disposición de los organismos evaluadores, toda una serie de documentos que recogen los criterios y los procesos para obtener la acreditación.

Para Laboratorios de Ensayo los documentos de aplicación son los siguientes:

7.5.1. Documentación para la Acreditación de Laboratorios de Ensayo

Relación de documentos generales

PAC-ENAC-LEC Procedimiento de acreditación de Laboratorios.

UNE-EN ISO/IEC 17025 Requisitos generales para la competencia técnica de los Laboratorios de Ensayo y Calibración.

CGA-ENAC-LEC Criterios generales para la acreditación de Laboratorios de Ensayo y Calibración según Norma UNE-EN-ISO/IEC 17025.

CEA-ENAC-01 Criterios para la utilización de la marca ENAC o referencia a la condición de acreditado.

G-ENAC-09 Guía para la expresión de la incertidumbre en los ensayos cuantitativos. EA 4/02 M Evaluación de la incertidumbre de medida en las calibraciones. ILAC P-14 Política de ILAC sobre incertidumbre en calibración. G-ENAC-14 Guía sobre la Participación en Programas de Intercomparaciones.

G-ENAC-15 Directrices para informar sobre el cumplimiento con especificaciones (ILAC G8:03 / 2009)

NT-03 Política de ENAC sobre Intercomparaciones. NT-18 Laboratorios de Ensayo: Acreditación por categorías de ensayo. NT-43 Laboratorios de Ensayo: Acreditación de muestreo y toma de muestra

NO-07 Cuestionario de notificación de cambios en los procedimientos de ensayo acreditados

NO-11 Desviaciones: Clasificación y Tratamiento.

Tabla 20. Documentación general disponible (Rev. Septiembre 2014)

Algunos documentos citados en la tabla están disponibles en los anexos de la memoria.


112

7.5.2. Guía de uso de la acreditación en el ámbito reglamentario

ENAC también pone a disposición de los laboratorios de ensayo, una guía dirigida a aquellas personas que tengan entre sus competencias las siguientes responsabilidades:

La redacción de los documentos reglamentarios

La aprobación de los documentos reglamentarios

La ejecución de los documentos reglamentarios


113

8. ESTUDIO ECONÓMICO

El objetivo de este estudio económico es conocer de una forma orientativa el importe total de la inversión para la realización y puesta en marcha del proyecto.

Una vez contemplados todos los importes, se ha realizado un análisis de la inversión que nos indicará si el proyecto es económicamente viable.

Todo el estudio se reportará al departamento de finanzas de la empresa, que lo analizará y valorará para tomar la decisión final.

8.1. Presupuestos

8.1.1. Obra civil y actuaciones previas

En esta partida se contempla la obra civil para construir las nuevas instalaciones y unas actuaciones previas para desmontaje y eliminación del almacén infrautilizado.

Descripción Unidad Cantidad P. unitario Total

Traslado a otra ubicación de los materiales y el mobiliario existentes en el antiguo almacén P 1 1600,00€ 1.600,00€

Eliminación de la estructura principal del antiguo almacén (paredes, techo, puerta) m

2 160 15,00€ 2.400,00€

Trabajos de reparación y acondicionamiento del espacio destinado al nuevo laboratorio m

2 160 19,00€ 3.040,00€

Refuerzo del forjado en la zona de ensayos con perfiles de acero m

2 54 120,00€ 6.480,00€

Suelo autonivelante para zona de ensayos, almacén y taller. m

2 108 55,00€ 5.720,00€

Suelo técnico tipo Square para sala de control, oficina y sala de reuniones m

2 52 25,00€ 1.300,00€

Falso techo Armstrong Bioguard Acoustic m2 160 30,00€ 4.800,00€

Trabajos de carpintería (madera y metálica) m2 20 150 3.000,00€

Pintado de paredes y reparación grietas m2 160 18,00€ 2880,00€

Mampara insonorizada para sala de control m2 10 220,00€ 2200,00€

Puerta 1 hoja (resto instalación) P 5 200,00€ 1.000,00€

Puerta doble ( zona de ensayos y almacén) P 2 1250,00€ 2500,00€

SUBTOTAL 36.920,00€

IVA 21% 7.753,20€

TOTAL 44.673,20€

Tabla 21. Presupuesto estimativo obra civil y actuaciones previas


114

8.1.2. Adquisición medios de ensayo y equipos auxiliares

En esta partida se contempla la adquisición de los principales medios y equipos auxiliares que son necesarios para la realización de los ensayos.

Referente a los medios de ensayo, los precios aquí mencionados incluyen instalación de los mismos y formación específica para su manejo.

Descripción Cantidad P. unitario Total

Vibrador electrodinámico combo LDS V850-440 con mesa deslizante LPT900 1 150.000,00€ 150.000,00€

Amplificador LDS SPA24K 1 46.182,00€ 46.182,00€

Controlador de vibraciones LDS Dactron LASER-USB de 4 canales 1 11.105,00€ 11.105,00€

Acelerómetro B&K modelo 4526 2 580,00€ 1.160,00€

Acelerómetro B&K modelo 4507B 2 650,00€ 1.300,00€

Cable para acelerómetro B&K de bajo ruido y 5m longitud 4 80,00€ 320,00€

Cámara climática ACS ANYVIB 1200-10 1 94.730,00€ 94.730,00€

Software de control B&K para realizar seno, random y choque 1 7.680,00€ 7.680,00€

Ordenador de control HP Z420 ZC3.5 1TB 8GB 1 1.832,00€ 1.832,00€

Puente-grúa monorraíl ABUS EHB-X (1000kg) 1 7.000,00€ 7.000,00€


IVA 21% 67.474,89€

TOTAL 388.783,89€

Tabla 22.. Presupuesto estimativo para adquisición de medios de ensayo y equipos auxiliares


115

8.1.3. Instalaciones


Instalación eléctrica: -Retirada de acometida eléctrica existente -Suministro e instalación de nueva acometida eléctrica hasta nuevo cuadro -Suministro y montaje de cuadro de protecciones -Suministro e instalación de acometida para la nueva máquina a instalar -Suministro y montaje de tomas 380/220v con sus correspondientes protecciones - Legalización y proyecto 1 8584,74€ 8584,74€

Instalación de aire comprimido en zona de ensayos y taller: -Suministro e instalación válvula de corte para nuevo ramal a realizar -Instalación de acometida de aire comprimido desde red general hasta zona de ensayos y taller -Suministro e instalación de equipo de regulación (regulador de presión + filtrado) - Suministro e instalación de una boca de conexión para la nueva máquina 1 2534,72€ 2534,72€

Puesta a tierra: -Instalación de puesta a tierra para toda la instalación -Incluye cableado

1 902,10€ 902,10€

Iluminación + iluminación de emergencia: -Suministro e instalación de luminarias y luces de emergencia 1 3.200,00€ 3.200,00€

Climatización: - Equipo de climatización zona de ensayos - Climatización resto instalación -Suministro e instalación de difusores de techo - Suministro e instalación de rejillas de retorno en techo 1 7.850,00€ 7.850,00€

Voz y datos: - Suministro e instalación 1 838,00€ 838,00€

Sistema de detección y extinción: - Suministro e instalación de detectores de humo, sistema de extinción, megafonía y señalización. 1 2.420,00€ 2.420,00€


IVA 21% 5.529,21€

TOTAL 31.858,76€

Tabla 23. Presupuesto estimativo de las instalaciones


116

8.1.4. Acreditación del laboratorio

En esta partida se contemplan los gastos ocasionados por la acreditación del laboratorio, tomando como base las tarifas de acreditación para 2015 aplicables a los laboratorios de ensayo. La entidad ENAC indica en su web las siguientes tarifas:

LABORATORIOS DE ENSAYO – TARIFAS ACREDITACIÓN ENAC 2015*

1. Tarifa Expediente

Inicial 1.363 €

Inicial consecutiva 700 €

Ampliación 700 €

Ampliación reducida 375 €

2. Coste de la evaluación

Auditor 1.010 €/día Actividades de evaluación extraordinarias

Evaluación documental extraordinaria 1.010 €/día

Visita de Control 636 €

Auditoría extraordinaria 700 €

Acreditación transfronteriza 1.426 €

3. Certificado de acreditación

Copia certificado acreditación o anexos técnicos 61 €

4. Cuota anual de mantenimiento de la acreditación

Primera acreditación por esquema de acreditación 830 €

Segunda acreditación (y siguientes) para el mismo esquema de acreditación 493 €

Laboratorios calibración y laboratorios de ensayo industriales con varias áreas en la misma acreditación, coste por área acreditada, a partir de la segunda.

493 €

Tabla 24. Tarifas de acreditación ENAC para 2015

*Dichas tarifas incluyen los gastos de tramitación de las solicitudes y la gestión de los procesos de evaluación. Se consideran tarifas generales, por lo que si se desea un presupuesto más concreto se puede solicitar a través del formulario que ENAC tiene a nuestra disposición.


Compra de Norma UNE-EN 60068-2-6:2008 Ensayos ambientales vibración (sinusoidal) 1 50,30€ 50,30€

Compra de Norma UNE-EN 60068-2-27:2011 Ensayos ambientales (choque) 1 50,30€ 50,30€

Compra de Norma UNE-EN 60068-2-64:2009 Ensayos ambientales vibración (aleatoria) 1 50,30€ 50,30€

Apertura inicial del expediente 1 1.363,00 € 1.363,00 €

Auditor / día 2 1.010,00 € 2.020,00 €

Cuota de mantenimiento anual 1 830,00 € 830,00 €


IVA 21% 916,42€

TOTAL 5.280,32€

Tabla 25. Presupuesto estimativo de la acreditación


117

8.2. Inversión inicial necesaria

Se considera cómo inversión necesaria la suma de todas las partidas descritas en el apartado de presupuestos.

Inversión inicial necesaria Total

Obra civil y actuaciones previas 44.673,20€

Adquisición medios de ensayo y equipos auxiliares 388.783,89€

Instalaciones 31.858,76€

Acreditación del laboratorio 5.280,32€

470.596,17€

Tabla 26. Inversión necesaria

8.3. Ingresos anuales

Se consideran como ingresos anuales aquellos costes que no existirían si la empresa tuviese el laboratorio de ensayo en sus instalaciones, contemplando los siguientes costes:

Costes por realizar todos los ensayos de vibraciones en laboratorios externos

Costes de todo el personal asignado a esos trabajos (dietas, transporte, etc.)

En relación a los ensayos que se realizan externamente y para todos los cálculos estimativos que estén relacionados, se considera que el laboratorio subcontratado es Idiada Automotive Technology, por ser un referente en el sector de la investigación del automóvil.

En este sentido se han de considerar los gastos ocasionados a la empresa por el transporte:

Distancia entre la empresa y el mencionado laboratorio

Gastos de combustible

Gastos de peaje

Fig. X. Detalle del recorrido y distancia entre la empresa y el laboratorio


118

Tabla.27. Detalle gastos peaje y combustible en viaje ida

Según datos enero 2015: Coste combustible + peaje autopista = 21€/trayecto

8.3.1. Coste de los ensayos en laboratorios externos

En este apartado se tiene presente que la empresa produce los siguientes componentes: cuadros de instrumentos, retrovisores, faros, pilotos, alarmas y bocinas.

Para calcular el número total de ensayos que se realizan anualmente, se ha de considerar que la empresa suministra sus componentes a diversos fabricantes del sector.

A cada componente se le realiza una serie de ensayos en cada fase de desarrollo del producto:

Prototipo inicial

Pre serie

Control de calidad

Producción serie

La empresa actualmente está realizando una media de 6 ensayos mensuales lo que hace un total de 66 ensayos/año.

Para el cálculo del coste total, se aplican las tarifas del laboratorio para un ensayo estándar de vibraciones según norma, ensayándose 3 muestras y realizando 3 ejes de ensayo (Z,X,Y), resultando:

Tarifa / eje de ensayo 3 ejes / muestra 3 muestras ensayadas

Coste total ensayos (66 ensayos / año)

540 € 1.620,00 € 4.860,00€ 320.760,00€

IVA 21% 67.359,60€

TOTAL 388.119,60€

Tabla 28. Coste estimativo realización de ensayos en laboratorio externo


119

8.3.2. Costes del personal

Para este cálculo se consideran los siguientes aspectos:

Trayecto hasta el laboratorio

Dietas de los 2 técnicos


Trayecto hasta el laboratorio externo

132 21,00€ 2.772,00€

Dietas de los 2 técnicos 264 18,00€ 4.752,00€


IVA 21% 1.580,04€

TOTAL 9.104,02€

Tabla 29. Coste estimativo costes del personal

Resultando el total de ingresos anuales:

Ingresos anuales Total

Coste de los ensayos en laboratorio externo 388.119,60€

Costes del personal 9.104,02€

397.223,62€

Tabla 30. Ingresos anuales

8.4. Gastos anuales

Se consideran como gastos anuales aquellos que la empresa tendrá cuando el laboratorio se encuentre operativo, contemplando los siguientes:

Control de acreditación ENAC

Auditoría interna

Mantenimiento preventivo medios de ensayo y equipo auxiliar

Salario nuevo técnico de laboratorio

Para su cálculo estimativo se debería coger el valor del IPC interanual del 2014, pero este es del -1,0%. En estos casos se estima conveniente aplicar el valor medio de los últimos 10 años, desde diciembre de 2004 a diciembre de 2014, lo que nos da un valor de:


120

Control de acreditación ENAC

Una vez obtenida la acreditación del laboratorio, ENAC determina que se ha de realizar una revisión anual de la misma:


Cuota anual de mantenimiento de la acreditación 1 830,00€ 830,00€

Seguimiento de la acreditación 1 986,00€ 986,00€


IVA 21% 381,36€

TOTAL 2.197,36€

Tabla 31. Coste estimativo control acreditación ENAC

Auditoría interna

La efectuará una entidad externa acreditada:


Costes de la auditoría e informe de conformidad 1 1.120,00€ 1.120,00€


IVA 21% 235,2€

TOTAL 1.355,20€

Tabla 32. Coste estimativo auditoría interna

Mantenimiento preventivo medios de ensayo y equipo auxiliar

Estos trabajos serán realizados por el servicio técnico de los respectivos fabricantes:


Mantenimiento preventivo sistema de vibración 1 10.120,00€ 10.120,00€

Mantenimiento preventivo cámara climática 1 1.200,00€ 1.200,00€

Mantenimiento preventivo puente-grúa 1 1.500,00€ 1.500,00€


IVA 21% 2.692,20€

TOTAL 15.512,20€

Tabla 33. Coste estimativo mantenimiento preventivo


121

Salario nuevo técnico de laboratorio

En este apartado se ha considerado las necesidades de personal que requiere el nuevo laboratorio:

Responsable del laboratorio

2 técnicos de laboratorio

1 técnico auxiliar de laboratorio

De las 4 plazas, 3 se cubren internamente con personal de la empresa y sólo se requiere la contratación de un técnico de laboratorio con experiencia en ensayos de estas características.

Descripción Total

Salario nuevo técnico de laboratorio (incluye cotización a la Seguridad Social) 26.300€

26.300€

Tabla 34. Salario estimado del nuevo técnico

Resultando el total de gastos anuales:

Gastos anuales Total

Control de acreditación ENAC 2.197,36€

Auditoría interna 1.355,20€

Mantenimiento preventivo medios de ensayo y equipo auxiliar 15.512,20€

Salario nuevo técnico de laboratorio 26.300€

45.364,76€

Tabla 35. Gastos anuales


122

8.5. Indicadores de la inversión

Es indudable que cuando nos planteamos realizar cualquier inversión, conocer a priori si va a ser rentable nos puede ser muy útil y nos da más seguridad para afrontar este riesgo con alguna garantía.

El VAN (Valor Actual Neto) y el TIR (Tasa interna de retorno) son métodos analíticos, que se utilizan ampliamente como punto de partida para el estudio de las inversiones.

El VAN es un valor financiero utilizado para el análisis de proyectos de inversión que determina el valor actual de los flujos de caja que se esperan en el transcurso de la inversión.

∑

Dónde:

: Flujo Neto en el periodo j

: Inversión en el Periodo 0

: Tasa de descuento del inversionista (TMAR)

n : Horizonte de evaluación

j: Flujo de caja enésimo

El TIR es el promedio geométrico de los rendimientos futuros esperados de una inversión. También se puede definir como la tasa de descuento inversionista cuando el valor del VAN es cero. Puede utilizarse como indicador de la rentabilidad de una inversión.

∑

Se han tenido en cuenta tres tasas de descuento (rendimiento mínimo exigible a una inversión):

8% : Tasa favorable

11%: Tasa Neutra

15%: Tasa desfavorable

El impuesto de sociedades para entidades dedicadas a la investigación, tras la reforma fiscal aplicable en el 2015, ha quedado actualizado al 33%.

El IPC aplicado es del 2,21%, calculado anteriormente en el punto 8.4.

Se ha realizado una hoja de cálculo Excel para facilitar el cálculo de estos valores, obteniendo resultados favorables en los 3 casos analizados, los resultados se pueden ver en la tabla 36.


123

Tabla 36

Tabla 35. Gastos anuales

-470.5

96,1

7 €

222.7

21,8

2 €

227.9

31,8

0 €

233.2

56,9

3 €

238.6

99,7

4 €

244.2

62,8

4 €

-470.5

96,1

7 €

222.7

21,8

2 €

227.9

31,8

0 €

233.2

56,9

3 €

238.6

99,7

4 €

244.2

62,8

4 €

-470.5

96,1

7 €

222.7

21,8

2 €

227.9

31,8

0 €

233.2

56,9

3 €

238.6

99,7

4 €

244.2

62,8

4 €

8%

11%

15%

457.9

02,0

0 €

387.8

01,1

5 €

306.7

13,5

3 €

39,6

7%

39,6

7%

39,6

7%

VA

N>

0 Inve

rsió

n r

ecom

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Inve

rsió

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2º

año

Flu

jo d

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3er a

ño

Flu

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e c

aja

4º

año

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Según T

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=

8,0

0%

11,0

0%

15,0

0%

Flu

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e c

aja

5º

año


124

9. IMPACTO MEDIOAMBIENTAL Durante todo el proceso de diseño e implantación del laboratorio se han analizado los aspectos mencionados en las diferentes disposiciones de la legislación vigente, logrando minimizar el impacto que pudiera tener el proyecto en el medioambiente.

A continuación se nombran algunos de los más relevantes.

9.1. Ahorro energético

En este punto se han considerado y aplicado una serie de exigencias básicas que contempla el documento básico “CTE DB HE Ahorro de energía”, el cual ha aportado información muy útil para el correcto desarrollo de todas las fases del proyecto.

Exigencia básica HE 2: Rendimiento de las instalaciones térmicas

Exigencia básica HE 3: Eficiencia energética de las instalaciones de iluminación

A pesar de que la maquinaria (vibrador, amplificador, cámara climática) utilizada para los ensayos requiere un consumo elevado de potencia, la eficiencia es elevada, alcanzando valores cercanos al 93%. Esto contribuye a evitar desperdiciar energía reactiva y sufrir por tanto penalizaciones de la compañía eléctrica.

En las instalaciones de iluminación se han empleado lámparas de tecnología led. Estas lámparas poseen una gran eficiencia luminosa con unos consumos bajos. Esta tecnología en continuo desarrollo está logrando poco a poco desplazar a otras tecnologías más antiguas que además de ser menos eficientes empleaban sustancias nocivas para para el medio ambiente.

9.2. Contaminación acústica

En este otro punto se han considerado los requisitos del Documento Básico de protección frente al ruido y la exigencia básica, empleando para ello la guía de aplicación disponible.



La maquinaria situada en la zona de ensayos del laboratorio es susceptible de transmitir vibraciones mecánicas y acústicas a las zonas contiguas, ya sea a través del contacto con el suelo, como a través del aire. Para minimizar sus efectos se han instalado paneles absorbentes acústicos en paredes y techo.

9.3. Emisiones CO2

La realización de este tipo de ensayos en laboratorio, suple en gran medida la realización de otro tipo de pruebas mucho más largas en el tiempo y con un impacto medioambiental mucho más negativo.

Podemos tomar como ejemplo las pruebas de larga duración que se realizan al vehículo para probar los diversos componentes, en las que se recorren miles de kilómetros en circuitos y carreteras. En este tipo de pruebas los vehículos de combustión interna


125

consumen combustibles fósiles derivados del petróleo, produciendo emisiones de partículas y gases nocivos para el medioambiente. Los gases emitidos en mayor proporción y más conocidos son: el dióxido de carbono (CO2), el monóxido de carbono (CO), y los óxidos nitrosos (NO), también compuestos orgánicos volátiles y macropartículas.

Además de los gases mencionados también los motores a gasolina emiten compuestos de plomo y pequeñas cantidades de dióxido de azufre y de sulfuro de hidrógeno. Adicionalmente dado que los sistemas de frenos poseen partes construidas con amianto, al accionar el freno de un vehículo se liberan a la atmósfera pequeñas cantidades de amianto.

En este apartado, y como consecuencia de la realización de los ensayos en la empresa, subrayar también la reducción de las emisiones de CO2, al no haber desplazamientos al laboratorio externo. Hay que tener presente que son 150 km cada trayecto, y dado el número de ensayos que se realizaban, representaban unos 19800 km cada año.

9.4. Recogida residuos

Una vez realizados los ensayos, los especímenes se almacenan para posibles análisis y revisiones futuras, pero pasado ese tiempo estipulado se tratarán como material de desecho.

Dependiendo del material de cada espécimen se depositarán en los contenedores de residuos pertinentes, para su posterior reciclaje y tratamiento.

Se ubicarán en el exterior del laboratorio una serie de contenedores, para residuos plásticos y metálicos.


126

10. CONCLUSIONES Y MEJORAS FUTURAS 10.1. Conclusiones

El objetivo inicial cuando nos planteamos este proyecto no era otro que proporcionar a la empresa los argumentos necesarios para afrontar con garantías las nuevas exigencias que exige la industria del automóvil.

Después de realizar un estudio exhaustivo del sector, la propuesta presentada a la empresa para enfocar su estrategia actual basada en la producción a una basada en fortalecer su capacidad para el desarrollo de producto parece una decisión acertada.

Queda claro que potenciar las tareas de I+D+i con un nuevo laboratorio de ensayos y respaldarlo con una buena gestión de la calidad, permitirían a la empresa marcar ciertas diferencias tecnológicas respecto a la competencia. Además la acreditación del laboratorio proporcionaría a la empresa un reconocimiento internacional, que le proporcionaría credibilidad en el sector, pudiendo repercutir positivamente tanto en el mercado nacional, como en las exportaciones con nuevos contratos y nuevos clientes.

Respecto al nuevo laboratorio de ensayos y el esfuerzo económico que supone su implantación, también se le presenta a la empresa un análisis de inversiones que resulta favorable.

Además se le hace ver a la empresa que el laboratorio no solo aportará beneficios económicos, si no que aportará una serie de nuevos aspectos que darán valor añadido, como una relación más estrecha con el cliente, una participación más directa en todo el proceso de desarrollo del producto o el conocimiento de los técnicos.

En el aspecto personal, el alcance de este proyecto y la realización del mismo, nos ha permitido adquirir conocimientos en diferentes materias: fases del desarrollo de un producto, procedimientos de ensayo, calidad, normativa, valoración económica, y una visión general del mercado del automóvil, que sin duda nos será muy útil en el futuro.

Por último comentar, que la presente memoria con su correspondiente estudio, también pueden resultar válidos, salvando algunas pequeñas diferencias, para cualquier Centro Tecnológico o centro de I+D+i existente, y que presente unas deficiencias similares a las estudiadas.

10.2. Mejoras futuras

10.2.1. Aumentar el rango y alcance de acreditaciones del laboratorio

Aprovechando los medios de ensayo del laboratorio de vibraciones, se puede ampliar el rango de los ensayos a realizar basados en otras normas y plantearse la solicitud de nuevas acreditaciones aplicables al sector de la automoción. El objetivo no sería otro, que conseguir aumentar las capacidades del propio laboratorio y obtener un reconocimiento internacional que un futuro próximo permita a la empresa un incremento de las exportaciones.


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Las recomendaciones para conseguir tal fin serían las siguientes:

Ensayos conformes a las normas específicas de los fabricantes de automóviles

Tabla 37. Nomenclatura de las normas de algunos los principales fabricantes de automóviles

Ensayos conformes a las normas nacionales e internacionales:

UNE, EN, ISO, IEC, MIL, ASTM, DIN, JIS, …

Norma IEC 60068-2-47:2005, para productos embalados

10.2.2. Ampliación de la capacidad del laboratorio de vibraciones

Realizando una inversión moderada, se puede ampliar la capacidad del laboratorio de vibraciones con el objetivo de poder realizar otro tipo de ensayos: Ensayos de simulación de transporte (logística)

La realización de este tipo de ensayos, tiene como objetivo simular en el laboratorio lo que le puede ocurrir a un producto durante su transporte, y por lo tanto, mejorar los embalajes utilizados en la empresa para conseguir una protección total de los componentes fabricados.

Fig. 87.. Etapas dónde el ensayo de simulación es realizado

FABRICANTES NOMENCLATURA DE LA NORMA

FORD VW, PV

VOLKSWAGEN FLTM

DAIMLER AG DBL

NISSAN NES

KIA MS

GENERAL MOTORS GMW

RENAULT D


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Estos ensayos consisten en someter los embalajes con el producto en su interior a una vibración random, simulando los movimientos sufridos durante el transporte. Se puede reproducir cualquier situación de transporte (carretera, ferrocarril, aéreo o naval).

Además se puede simular cualquier ruta nacional o internacional, reproduciendo la señal correspondiente de cada ruta, que contiene los datos registrados anteriormente mediante sensores. Los rangos de frecuencia típicos en este tipo de ensayo oscilan entre los 2Hz y los 250 Hz.

También se pueden realizar ensayos sometiendo al embalaje con el producto en su interior a vibración sinusoidal, realizando un barrido a las frecuencias que normalmente nos encontramos en el transporte. De esta forma se pueden determinar las frecuencias críticas de algún componente del producto a ensayar (frecuencias de resonancia) pudiéndose prevenir o minimizar los efectos de fatiga o rotura sobre las diferentes zonas.

Fig. 88. Ensayo de simulación de transporte en los ejes vertical y horizontal

Ensayos Squeak y Rattle

Estos ensayos sirven para analizar y detectar los ruidos parásitos en los componentes.

La reducción del ruido de funcionamiento de los vehículos hace que cada día tenga más importancia la presencia de ruidos parásitos.

Estos ruidos, denominados Squeak y Rattle, nos indican un mal funcionamiento o envejecimiento prematuro de una pieza.

Por tanto estos ruidos vienen asociados a un diseño inadecuado de las piezas o de las fijaciones, y suelen llevar consigo importantes problemas de reclamaciones por la falta de calidad.


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Los datos obtenidos son muy valiosos para la fase de diseño y desarrollo del producto evitando la aparición de ruidos parásitos durante la vida útil del componente.

Fig. 89. Ensayo Squeak y Rattle 0.3. Recomendaciones financieras

10.3. Recomendaciones financieras

Se indica a la empresa que existe la posibilidad de solicitar una serie de subvenciones públicas que la Administración convoca anualmente:

Subvención para proyectos de desarrollo, implantación y certificación de sistemas de gestión de la calidad según ISO 9001, dónde AENOR ofrece unas condiciones adaptadas al tamaño y necesidades de cada organización.

Además, si el centro de I+D+i de la empresa se consolidará en un futuro, se podría solicitar a ENAC la certificación de proyectos y de la actividad de I+D+i del personal investigador, esta es una herramienta que la Administración Pública pone al alcance de las empresas, a las cual gratifica con beneficios fiscales en los gastos e inversiones que realizan en las actividades de I+D+i (según lo dispuesto en el artículo 35 de la Ley del Impuesto sobre Sociedades). También cuando se dan actividades de I+D+i del personal investigador, ENAC acreditada el personal, asegurando que participa en exclusiva y por la totalidad de su tiempo de trabajo en actividades de I+D+i, pudiendo permitir la obtención del informe motivado para la bonificación en las cotizaciones a la Seguridad Social o deducciones fiscales existentes en el impuesto de sociedades para este tipo de actividades.


130

BIBLIOGRAFÍA DE REFERENCIA [1] Richard Baker (1998) Introduction to Vibration

[2] Tipler P.A. (1999) Física para la ciencia y la tecnología

[3] Genaro Mosquera (2001) Las vibraciones mecánicas y su aplicación al mantenimiento predictivo [4] Artículo científico, John Van Baren (2012) What is random vibration testing?

[5] Pablo Alcalde (2010) Calidad

Referencias WEB

Asociación Española de Normalización y Certificación. http://www.aenor.es

Asociación Española de Fabricantes Automóviles y Camiones. http://www.anfac.com

Asociación Española de Fabricantes de Equipos y Componentes para Automoción www.sernauto.es

Instituto Nacional de Seguridad e higiene en el trabajo. http://www.insht.es

Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial. http://www.inta.es/

Entidad Nacional de Acreditación. http://www.enac.es

Brüel & Kjær Vibration Measurement. http://www.bksv.com

TÜV SÜD Iberia, S.L.U. http://www.tuv-sud.es

Código Técnico de la Edificación. http://www.codigotecnico.org

Instituto Nacional de Estadística. http://www.ine.es

* Datos económicos industria del automóvil. http://cincodias.com

http://www.aenor.es/

http://www.anfac.com/

http://www.sernauto.es/

http://www.insht.es/

http://www.inta.es/

http://www.enac.es/

http://www.bksv.com/

http://www.tuv-sud.es/

http://www.codigotecnico.org/

http://www.ine.es/

http://cincodias.com/


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ANEXOS


132

Anexo A. Plano de ubicación del laboratorio


133

Anexo B. Plano de distribución del laboratorio


134

Anexo C. Plano de cotas del laboratorio


135

Anexo D. Plano del Layout del laboratorio


136

Anexo E. Plano del mobiliario del laboratorio


137

Anexo F. Plano de instalación neumática del laboratorio


138

Anexo G. Plano de instalación alumbrado y potencia

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139

Anexo H. Plano de recorridos de evacuación


140

Anexo I. Plano de elementos de evacuación


141

Anexo J. Solicitud de acreditación ENAC de laboratorio de ensayo


142


143


144


145


146


147


148


149


150


151

Anexo K. Procedimiento de mantenimiento preventivo para el laboratorio


152


153

Anexo L. Documentación técnica de los equipos


154


155


156


157

Anexo M. TERMINOS Y ACRÓNIMOS

AENOR: Asociación Española de Normalización y Certificación. ANFAC: Asociación Española de Fabricantes de Automóviles y Camiones

CE: Conformidad Europea

CEN: Comité Europeo de Normalización CS: Customer Service

CTE: Código Técnico de la Edificación CTN: Comités Técnicos de Normalización

DIN: Deutsches Institut für Normung (Instituto Alemán de Normalización) EMC: Compatibilidad electromagnética

EN: European Norm

ENAC: Entidad Nacional de Acreditación FEA: Finite Element analysis

FELAB: Federación de Laboratorios.*

FEM: Finite Element Method ICP: Integrated Circuit Piezoelectric I+D+i: Investigación, desarrollo e innovación IEC: International Electrotechnical Commission

ILAC: International Laboratory Accreditation Cooperation

INE: Instituto Nacional de Estadística

INTA: Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial

IPC: Índice de Precios de Consumo ISO: International Organization for Standardization

ITC: Instrucciones Técnicas Complementarias

NTP: Notas Técnicas de Prevención OEM: Original Equipment Manufacturer

PNT: Procedimientos Normalizados de Trabajo


158

R.D: Real Decreto SERNAUTO: Asociación Española de Fabricantes de Equipos y Componentes para

Automoción

UNE: Una Norma Española

UUT: Unit Under Test

VAN: Valor Actual Neto

Documents

Estudio de la implantación de un nuevo laboratorio de ensayos de vibraciones para el sector de la automación