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Informe técnico elaboración diseño mecánico de largavista desarrollado en el centro nacional tecnología ópticas merida, Venezuela, por el ingeniero henrry peña
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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA
Diseño del sistema mecánico de un larga vista para uso turístico,
desarrollado por el centro investigaciones de astronomía “Francisco J
Duarte” (CIDA)
Centro Nacional de Tecnologías Ópticas
Informe de Pasantía Especial Presentado en Opción al Título de
Ingeniero Mecánico
Autor: Henrry O. Peña C.
Mérida, Noviembre de 2014.
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA
Diseño del sistema mecánico de un larga vista para uso turístico,
desarrollado por el centro investigaciones de astronomía “Francisco J
Duarte” (CIDA)
Centro Nacional de Tecnologías Ópticas
Informe de Pasantía Especial Presentado en Opción al Título de
Ingeniero Mecánico
Autor: Henrry O. Peña C.
Tutor Industrial: Ing. Miguel A. Contreras
Tutor Académico: Sebastian E. Provenzano R
Mérida, Noviembre de 2014
APROBACIÓN DEL INFORME DE PASANTÍA ESPECIAL
PRESENTADO EN OPCIÓN AL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO
El jurado nombrado por la Coordinación de Pasantías de la Escuela de
Ingeniería Mecánica, designada para conocer la finalización del proyecto de
Pasantías y nombramientos del Jurado para calificar el Informe de Pasantía
Especial Presentado en Opción al Título de Ingeniero Mecánico, Titulado:
Diseño del sistema mecánico de un larga vista para uso turístico,
desarrollado por el centro investigaciones de astronomía “Francisco J
Duarte” (CIDA) proyecto Centro Nacional de Tecnologías Ópticas
En cumplimiento de los requisitos señalados en el Reglamento de Pasantías
Especial de Grado para optar al Título de Ingeniero Mecánico, aprueba el
mismo con ____________
Mérida, a los ____________ del mes de ______________ del 2014.
Jurados:
________________
Prof.
C.I:
________________ ________________
Prof. Prof.
DEDICATORIA Y AGRADECIMIENTO
A mis Padres que me dieron las bases
necesarias para llegar a donde estoy hoy y cumplir
mis objetivos.
A mis familiares que con su apoyo
incondicional han coadyuvado a que pueda
culminar este proyecto.
Al Ing. Miguel Contreras y al Ing. Sebastián
Provenzano por su dedicación y valiosos consejos
para formar este proyecto de grado.
Al Dr. Keyffer Salas por permitirme
desarrollar el proyecto en la instalación del Centro
Nacional de Tecnologías Ópticas
INDICE GENERAL
RESUMEN
Realizar el diseño del sistema mecánico de un largavista para uso
turístico en el Centro Nacional de Tecnologías Ópticas, aplicando los
conocimientos adquiridos a lo largo de la formación académica,
principalmente en las materias de diseño mecánico, procesos de
manufactura y mantenimiento industrial. Para lograr este proyecto, se usara
el método sistemático para diseñadores. La metodología de este trabajo se
llevará a cabo por etapas analítica, creativa y de ejecución con duración de
18 semanas. Posteriormente, será introducido el mantenimiento preventivo
general de los equipos.
INTRODUCCIÓN
Un larga vista es básicamente un instrumento óptico que recoge cierta
cantidad de luz y la concentra en un punto. La cantidad de luz colectada por
el instrumento depende fundamentalmente de la apertura del mismo (el
diámetro del objetivo). Para visualizar las imágenes se utilizan los oculares,
los cuales se disponen en el punto donde la luz es concentrada por el
objetivo, el plano focal. Son los oculares los que proporcionan los aumentos
al larga vista. La idea principal en un larga vista es la captación de la mayor
cantidad de luz posible, necesaria para poder observar objetos, así como
para obtener imágenes nítidas y definidas.
En el mercado nacional son ofrecidos por grandes compañías
extranjeras y sus precios son de elevado costo y, además sus monturas
están fabricadas para campos de visión cortos; las cuales no son
aprovechables para la posición geográfica del país. El centro a través de su
experiencia en el diseño, construcción y pruebas de componentes ópticos
surge la necesidad de crear un larga vista con el fin de disponer de su uso
para la observación a distancia focal alta, y disponer de este instrumento,
una herramienta fundamental que invite a generar más posibilidades para
diseño mecánico y soporte para aprovechamiento de espacios turísticos.
El presente trabajo se centrará en el diseño del sistema mecánico
prototipo para un larga vista turístico.
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
1.1PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El centro investigaciones de astronomía “Francisco J Duarte” (CIDA), a
través del proyecto Centro Nacional de Tecnologías Ópticas (CNTO),
plantea realizar el diseño de un larga vista para uso turístico, partiendo de
que dicho proyecto sea desarrollado en las instalaciones de la empresa y
tomando en cuenta que se cuenta con máquinas herramientas únicas en su
tipo. Esta necesidad surge también por la ausencia de empresas nacionales
que se dediquen a este objetivo.
Cabe destacar que el centro nacional de Tecnologías Ópticas (CNTO),
cuenta con las capacidades intelectuales, herramientas mecánicas y ópticas
para el diseño y elaboración del mismo así como de cualquier otro proyecto
que se plantee en el área óptico-mecánica.
1.2OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.2.1 Objetivo General
Diseño del sistema mecánico del Larga Vista
1.2.2 Objetivo Específicos
Análisis de la geometría y materiales del larga vista.
Modelado de piezas mecánicas nuevas mediante el uso de
Autodesk Inventor (CAD).
Determinación de masa y centro de gravedad del mecanismo.
Análisis de procesos de manufactura para el desarrollo mecánico
del equipo haciendo las recomendaciones de los materiales,
herramientas y maquinaria a utilizar.
Recomendaciones de uso y mantenimiento del larga vista
turístico.
1.3JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
En la actualidad el Centro Nacional de Tecnologías Ópticas (CNTO) se
encuentra en desarrollo de nuevos proyectos a nivel tanto mecánico como
óptico.
En base a estos desarrollos surge el planteamiento del diseño del larga
vista turístico, como requerimiento de la empresa Venezolana de Teleférico
VENTEL, los cuales plantean su uso en las distintas estaciones del sistema
teleférico de Mérida.
1.4 Situación actual del Centro Nacional de Tecnologías Ópticas.
El centro Nacional de Tecnologías Ópticas es parte de un proyecto
asociado al Centro de Investigaciones de Astronomía (CIDA), el cual se inició
hace cinco años. Actualmente se encuentra en el desarrollo de diversos
proyectos en las áreas de mecánica y óptica, uno de ellos es el diseño del
larga vista turístico solicitado por la empresa VENTEL, dicho diseño se
realiza basándose en las bondades de la maquinaria y del ciclo de
producción con las que cuenta la empresa.
Hoy día, el Centro Nacional de Tecnologías Ópticas avanza en el
desarrollo de los diseños principalmente en el área óptica siendo esta la que
consume un mayor tiempo de elaboración para conseguir la perfecta
elaboración de los lentes, espejos, primas, divisores de haz, objetivos, etc.
Cabe destacar que la elaboración de estos lentes tiene un proceso de
certificación de estándares, radios curvaturas, puntos focales entre otras
propiedades físicas las cuales son obtenidas con los equipos y maquinaria
del centro de investigación, esto con la finalidad de garantizar que las piezas
elaboradas en dicho centro sean de calidad.
1.5Alcance
El diseño del largavista turístico, para ser fabricado con tecnologías y
materia prima nacional los cuales beneficiaran los parques y miradores
turísticos del país, una de las finalidad del proyecto es la de ser
implementado en el sistema teleférico del estado Mérida como inicio del
proyecto, y buscar la expansión a nivel nacional.
1.7 Limitaciones
El objetivo del diseño limita su uso, puesto que el mismo es creado
con fines turísticos, mas no de uso común,
Otra limitante es el ambiente donde va a estar expuesto el largavista,
en base a la ubicación también se ve afectado los materiales a usar en el
proceso de producción para el largavista
CAPITULO II
LA EMPRESA
2.1Descripción de la empresa
El Centro Nacional de Tecnologías Ópticas, tiene como objetivo principal
el diseño, construcción y mantenimiento de instrumentos y partes ópticas
tales como: microscopios y telescopios de uso educativo y profesional,
objetivos, oculares, espejos, lentes, prismas y miras telescópicas, destinados
a cubrir necesidades en los diferentes sectores de desarrollo de la nación
específicamente en el campo de la salud, educación y defensa.
Figura 1. Centro nacional de Tecnologías Ópticas. Fuente CNTO.
2.2Reseña Histórica
El Proyecto Centro Nacional de Tecnologías Ópticas (CNTO), inicialmente
denominado Proyecto de instrumentos y Partes Ópticas (FIPO), surge en el
año 2009 como iniciativa del Centro de Investigaciones de Astronomía
“Francisco J. Duarte” (CIDA) ente adscrito al Ministerio de Ciencia,
Tecnología e Innovación MPPCTI, bajo la dirección de Dr. Eloy Sira Galíndez
quien se propuso la creación de una Fábrica pionera en el país e incluso en
Latinoamérica, dedicada a la producción de instrumentos ópticos como
microscopios, telescopios, lupas dermatológicas e instrumentos del área de
la salud, así como sus componentes mecánicos y ópticos, especialmente en
lo que respecta a la fabricación de lentes para instrumentos ópticos para
satisfacer la demanda de este tipo de instrumentos en las áreas de
educación, salud y defensa de la nación buscando con esto la independencia
tecnológica en esta materia.
La primera fase para la puesta en marcha de este Proyecto consistió en la
selección de un grupo conformado por diez jóvenes, en su mayoría
egresados de escuelas técnicas del Estado Mérida y dos ingenieros, los
cuales fueron enviados en febrero del 2009 al Instituto Nacional de
Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) en la ciudad de Puebla, México
para ser formados en el área de Óptica y Diseño en Óptica durante un
período que abarco diez meses. Sucesivamente se procedió la contratación
de personal de apoyo en las áreas técnicas y administrativas.
La segunda fase del Proyecto contempló la adquisición de infraestructura,
maquinaria, equipos y la dotación con mobiliario de oficina para la cual se
solicitó el financiamiento al Ministerio del Poder Popular para Ciencia,
Tecnología e Innovación. En este orden de ideas, se procedió a la
adquisición de mobiliario para las dotaciones de oficinas y talleres del futuro
Centro en enero del 2010. Se inició también el procedimiento para la
adquisición de la sede que albergaría el Proyecto. Tras un periodo largo de
búsqueda de galpones que ofrecieran la mejor relación, precio y beneficio y
se ajustaran a los recursos disponibles se logró la adquisición, en
Septiembre del 2010, de un galpón industrial ubicado al final de la Av. Los
Próceres, Sector la Pedregosa, en el C.C. Arauco. Este galpón de dos
plantas y un área total de 517m2, atravesó un proceso de remodelación y
adecuación entre finales del 2010 y mediados del 2011 que permitió la
organización de los espacios para la ubicación de las áreas técnicas,
administrativas y de taller a través de la construcción de oficinas, sala de
conferencias, laboratorios, talleres y almacenes, instalación del sistema de
aire acondicionado central, instalación del sistema eléctrico y transformador
tipo padmauted adecuado a los futuros requerimientos de consumo de
maquinarias y equipos e instalación de sistemas de voz y data en las
instalaciones.
Al mismo tiempo se iniciaron los procedimientos para las adquisiciones de
maquinarias y equipos. En este sentido, se logró la compra de un Centro de
Mecanizado Vertical a finales de octubre de 2010. Asimismo, durante el año
2011 se recibió una máquina de Pulido de 10 ejes, proveniente del INAOE.
Por otro lado, a través de los convenios de cooperación entre la República
Bolivariana de Venezuela y la República de Belarús, proveniente de la
Empresa Smorgon Optical Machine Tools Plant, proceso largo que inicio a
comienzo del 2011 y finalizó con la llegada de la maquinaria marzo del 2013.
Con el fin de cumplir con los requerimientos de instalación y funcionamiento
de la maquinaria adquirida en lo que respecta al aire comprimido, se adquirió
también un compresor industrial de tornillo a finales del año 2012,
proveniente de la empresa Atlas Copco de Venezuela y se realizó el diseño y
montaje del sistema neumático a mediados del año 2012. Durante el año
2013 se procedió a la adquisición de un Torno Control Numérico CNC marca
LEADWELL en la empresa IMOCON DE VENEZUELA, así como un conjunto
de máquinas requeridas para trabajos de taller tales como: un Torno
Convencional SP/200, una Prensa Hidráulica STHEN0J, una Cizalla, y una
Sierra de Vaivén, que llegaron a comienzos del 2014.
En lo que respecta a los productos que pretende ofrecer el Centro, se inició
el diseño y la construcción de un primer prototipo de telescopio didáctico, así
como los diseños de una lupa dermatológica, kit de enseñanza óptica, los
cuales deben ser validados a fin de comenzar un proceso de escalamiento.
Por otro lado, se está trabajando en el diseño y fabricación de componentes
ópticos para el área de defensa. Es por ello que se está en proceso de
creación de un convenio de cooperación entre el CIDA y la Compañía
Anónima Venezolana de Industrias Militares (CAVIM). Adicionalmente, se
pretenden el establecimiento de un taller de servicio técnico especializado
que permita brindar asesoría técnica a instituciones públicas y privadas en
cuanto a instrumentos ópticos dañados o sustitución de piezas. Asimismo, se
tiene la meta del establecimiento de una línea de producción de vidrio óptico
en la empresa Venvidrio ubicada en Trujillo. Por su parte, se pretende la
creación de un laboratorio de Metrología que permite hacer certificaciones en
el área de óptica en cumplimiento a las Normas ISO y Estándares
Internacionales, el mismo sería el primer laboratorio de este tipo en
Venezuela. Para ello, se están realizando paulatinamente las dotaciones de
este laboratorio por lo que se adquirió un Interferómetro de Fizeau que
permitirá la medición de superficies ópticas.
Por otra parte, se está trabajando en la instalación del Laboratorio de
Películas Delgadas, cuyo objetivo principal es hacer recubrimientos a
superficies ópticas terminadas a fin de dar acabado final necesario para su
uso así como hacer recubrimientos duros y tribológicos a diferentes tipos de
superficies expuestas a condiciones extremas. Tal es el caso de brocas,
cuchillas y diferentes tipos de componentes de maquinaria industrial. Para
ello, se procedió a la adquisición de una Máquina de Vacío de última
tecnología en la República de Belarús, la cual se recibió a finales de julio del
año 2014, la misma se va a ubicar en un cuarto limpio especial, para de esta
manera seguir con el proceso de consolidación del Centro Nacional de
Tecnologías Ópticas.
2.3Misión y visión de la empresa
2.3.1 Misión
Establecer un Centro dedicado a la producción, investigación,
desarrollo e innovación de tecnologías ópticas aplicadas en el país,
estimulando la soberanía e independencia nacional, en busca de la
excelencia de nuestros productos y soluciones de alta calidad, utilizando
tecnología de vanguardia y emergente, para llegar a ser reconocido como
una de las principales organizaciones en innovación técnico-científica.
2.3.2 Visión
Ser un Centro líder en el desarrollo óptico aplicado, para responder a las
necesidades tecnológicas del país y contribuir en la formación del talento
humano, capaz de transmitir principios, valores, conocimientos y aptitudes a
través de la ciencia como imaginación creativa, emprendedora y participativa,
para fortalecer la soberanía e independencia nacional.
2.4Ubicación y estructura organizativa
2.4.1 Ubicación.
El Centro Nacional de Tecnologías Ópticas, se ubica en la parte sur de la
Ciudad de Mérida, Estado Mérida, Municipio Autónomo del Libertador.
Avenida los Próceres, sector la Pedregosa, Centro Comercial Arauco en el
galpón N°4 del, Parroquia Lasso de la Vega. Este Centro forma parte del
Centro de Investigaciones de Astronomía “Francisco J. Duarte” (CIDA).
Figura 2. Ubicación del CNTO. Fuente: google Maps.
2.4.2 Estructura Organizativa 8Existe un organigrama mas actulizado)
CIDA
Presidente
2.5Procesos Productivos
El Centro Nacional de Tecnologías Ópticas, posee unas líneas de
producción enfocadas al desarrollo e investigación de nuevas tecnologías
ópticas. Para ello se tiene una maquinaria especializada que les permite
CNTO
Coordinador
Administración y Presupuesto
Lab. de Películas delgadas, pruebas y
mediciones
Línea de Desarrollo
Óptico
Línea de Desarrollo Mecánico
Almacén
Analista de Presupuesto
Departamento de Ingeniería y Diseño
ejecutar diferentes proyectos como telescopio, lupa de lectura, lupa
dermatológica, kit oftalmológico, mira colimadora de fusil AK-103, entre otros.
Asimismo, puede ejecutar labores de mantenimiento o restauración de
cualquier instrumento óptico. Tal es el caso de los telescopios recuperados
de los miradores turísticos del Teleférico Warairarrepano. Además,
cumpliendo con el objetivo del CNTO, se están desarrollando diseños de
larga vista y todo su sistema óptico que serán estudiados por el sistema de
transporte turístico Teleférico de Mérida.
A continuación se describen las líneas de producción del CNTO:
2.5.1 Línea 1. Procesamiento Óptico
Esta primera línea del proceso de manufactura comprende la
transformación de la materia prima óptica (vidrio), en elementos o
componentes cuyas superficies han sido debidamente acabadas dando
cumplimiento a la especificación de diseño. Dependiendo del instrumento a
producir, se usan distintos tipos de vidrio óptico. El vidrio común se empleará
para la producción de elementos reflectantes en su mayoría.
A su vez esta línea de producción está constituida por las siguientes
fases:
Fase 1: Corte, redondeo y generado
Fase 2: Esmerilado y pulido
Fase 3: Pruebas Ópticas
Fase 4: Tratamiento de Superficies Ópticas
Fase 5: Sub-ensamblaje óptico.
2.5.2 Línea 2. Procesamiento Mecánico
Esta segunda línea de producción cumple con la función de
transformar materias primas tales como: metales, madera o cualquier otro
material que se requiera, teniendo como objetivo la creación de soportes
para las piezas ópticas desarrolladas en la fábrica cumpliendo con los
requerimientos específicos del diseño.
Al igual que la línea de producción óptica se encuentra dividida en
varias fases:
Fase 1: Pre-maquinado y Mecánica convencional
Fase 2: Maquinado de piezas en el centro de Mecanizado.
Fase 3: Pintura y Acabado de Superficies.
Fase 4: Sub- Ensamblaje Mecánico.
2.5.3 Línea 3. Ensamblaje
En esta fase del ciclo productivo es donde se ejecuta la unión de los
elementos ópticos, mecánicos y de ser el caso, también las partes
electrónicas; en base a los planos de fabricación.
Como segunda fase de esta línea tenemos que todos los productos
elaborados en la Fábrica deben someterse a una inspección de calidad en
todas sus líneas y fases verificando que las piezas y componentes lleguen al
ensamblaje final, cumpliendo con todos los requerimientos. Por último, se
tiene la etapa de marcaje, embalaje y almacenamiento en donde se realizan
las tareas concernientes a la terminación del producto para su posterior
distribución.
CAPITULO III
MARCO TEÓRICO
3.1Antecedentes
Hasta el presente, el Centro Nacional de Tecnologías Ópticas no cuenta
con antecedentes en diseños de largavistas, por lo que este es un proyecto
completamente nuevo en la empresa.
El Centro Nacional de Tecnologías Ópticas ha desarrollado otros
proyectos de índole mecánico-óptico los cuales se mencionan a
continuación:
3.1.1 Diseño y Construcción Lupa Dermatológica
Ing. Miguel Contreras 2014; La lupa es un instrumento óptico que
consta de una lente convergente de corta distancia focal, que desvía la luz
incidente de modo que se forma una imagen virtual ampliada del objeto por
detrás de una. Una lente convergente puede conseguir que la imagen de un
objeto se vea ampliada, y, por lo tanto, verla bajo un ángulo aparente mayor.
La lupa para la inspección visual de la piel consiste en un sistema
óptico que proporciona una magnificación de hasta 4 aumentos. A su vez
incorporan un sistema de iluminación de luz blanca de bajo consumo de
energía para favorecer la observación. Cuenta también con una montura que
brinda gran libertad de movimiento al incluir varias articulaciones que dan
flexibilidad al instrumento en cuanto a las posiciones en que puede usarse
para examinar determinadas zonas del cuerpo. Utilización en Consultorios
Médicos, Salas de Emergencia e Instalaciones de Consulta Externa,
Consultorios estéticos. Lámpara para diagnóstico de enfermedades y
lesiones de la piel.
Modelo Lupa dermatológica
Magnificación 4X
Apertura 110 mm
Distancia focal 250 mm
Voltaje 110 VAC / 60Hz
Potencia 22W
Dimensiones 35cm.x20cmx90cm.
Peso 6 kg
Tabla 1. Características Lupa Dermatológica
Figura 3. Lupa Dermatologica. Fuente CNTO.
3.1.2 Diseño Lupa de lectura escolar:
Ing. Rafael Díaz 2014; Un magnificador de imagen o comúnmente
llamado lupa, consiste en una lente convergente de corta distancia focal, que
desvía la luz incidente de modo que se forma una imagen virtual ampliada
del objeto. Una lente convergente puede conseguir que la imagen de un
objeto se vea ampliada, y, por lo tanto, verla bajo un ángulo aparente mayor.
Cuando una lupa es colocada entre el objeto y el observador, el
observador puede inspeccionar detalles finos del objeto al ver la imagen
ampliada. Lupas de diferentes poder de magnificación (PM) son
manufacturadas de acuerdo a su propósito. El mismo objeto puede ser visto
a mayor escala por una lupa de mayor PM Sin embargo, las lupas con alto
PM tienen la deficiencia en campos de imagen pequeños y en menores
distancias de trabajo (i.e la distancia entre el objeto bajo inspección y la
lupa); este último hace que su uso sea menos conveniente.
Las lupas con un PM de 2X a 3X son usualmente una sola lente bi-
convexa o plano-convexa de relativo bajo costo en comparación con aquellas
con un alto PM que están compuestas de 2 a 5 lentes convexas y cóncavas
de diferentes tipos de vidrios ópticos en concordancia con el diseño óptico
para la corrección de aberraciones, y por lo tanto son más costosos. Para
leer documentos de letras pequeñas, la lupa de 2X a 3X de PM con amplio
campo de imagen, son adecuados. Principalmente se plantea el desarrollo
de una lupa de lectura, ya que contamos con la maquinaria en el Centro
Nacional de Tecnologías Ópticas (CNTO), para poder fabricar las lentes con
distintos PM y diámetros, para luego con los equipos del taller de
mecanizado poder producir las partes que sostienen las lentes. Se proponen
3 dimensiones y poderes de magnificación para las lupas, donde todas son
biconvexas, la primera con un diámetro (Φ) de 35 milímetros (mm) y un PM
de 3X, la segunda con un Φ de 55mm y un PM de 3X y por ultimo una con un
Φ de 70mm y un PM de 2,5X.
Figura 4. Lupa Escolar. Fuente CNTO.
3.2Diseño
En castellano tiene un significado limitado a lo formal o adjetivado, hasta
el punto de que se habla de “objetos de diseño”, haciendo referencia a las
características externas (formas, texturas, colores, etc.) del artefacto, pero no
al artefacto en su conjunto.
En inglés hace referencia a toda la actividad de desarrollo de una idea de
producto, de tal manera que se acerca más al concepto castellano de
“proyecto”, entendido como el conjunto de planteamientos y acciones
necesarias para llevar a cabo y hacer realidad una idea (Chaur, 2005)
Las definiciones convergen en:
Una finalidad, un problema controlado, una actividad resuelta.
Simular lo que queremos construir antes de construirlo, tantas veces
como sea necesario para confiar en el resultado final.
La relación de un producto con su situación con objeto de
satisfacerla.
La solución óptima de un conjunto de verdaderas necesidades en un
particular conjunto de circunstancias.
Una actividad creativa, que supone la consecución de algo nuevo y
útil sin existencia previa.
(Christopher Jones, Métodos de diseño)
3.2.1 La Ciencia del Diseño
Las metodologías de diseño incluyen el estudio de la manera de
trabajar y pensar del diseñador, el establecimiento de las estructuras
adecuadas para representar el proceso de diseño así como el desarrollo y
aplicación de nuevos métodos y técnicas, aunada a la reflexión sobre la
naturaleza y alcance del conocimiento con objeto de aplicarla a problemas de
diseño (Nigel Cross, 1996).
“La Ciencia del Diseño es el estudio científico de los métodos que son,
o pueden ser aplicados al diseño; es por esto una actividad normativa”
(Roozenburg, 1995).
“La Ciencia del Diseño se refiere a la aproximación al diseño como un
proceso explícito, organizado, racional y sistemático; no solamente a la
utilización del conocimiento científico de “artefactos”, sino al diseño como
una actividad científica en si” (Hubka y Eder, 1996).
La Ciencia del Diseño debe explicar las relaciones causales en su
conjunto, planteando un sistema de conocimiento con terminología propia,
clases (taxonomía), relaciones (incluyendo inputs, throughputs y outputs),
leyes, teorías e hipótesis, con el fin de que esto sirva de guía para la
actividad de diseño (Hubka, 1993).
3.2.2 Disciplinas en la ciencia del diseño
3.2.2.1 La investigación en diseño
Recibe información desde los campos de la educación y la práctica del
diseño, desarrollando teorías y soporte teórico para uso futuro en la
educación y la práctica del diseño.
3.2.2.2 La educación en diseño
Utiliza los resultados de la investigación, recibe información de los
practicantes del diseño y proporciona a su vez realimentación para la
investigación en diseño.
3.2.2.3 La práctica del diseño
Utiliza los apoyos desarrollados por la investigación y transmitidos por la
educación en diseño, y a la vez proporciona información para la educación e
investigación en diseño.
3.3Equipos para el proceso de manufactura
3.3.1 Torno Convencional SP/200.
Es una máquina que permite mecanizar piezas por medio del arranque
de virutas, haciendo girar la pieza a moldear en un eje de revolución. Se usa
una herramienta de corte con un borde cortante simple, destinado a remover
material. El movimiento de velocidad del torneado lo proporciona la parte de
trabajo giratoria y el movimiento de avance lo realiza la herramienta de corte
moviéndose lentamente en una dirección paralela al eje de rotación. Las
piezas terminadas son de dimensiones específicas. Puede mecanizar piezas
desde 750mm a 1000mm de largo y diámetros hasta 450mm.
Figura 5. Torno Convencional SP/200.Fuente CNTO.
3.3.1.1 Partes visibles del Torno Convencional SP/200
Figura 6. Partes Visibles de Torno Convencional.Fuente: Manual de Instrucciones 2012.
Tabla 2. Nomenclatura de las partes visibles del Torno Convencional SP/200
1. Cabezal 2. Tapa cabezal 3. Mando cambio de Velocidades
4. Mando cambio de velocidades
5. Mando inverso 6. Mando cambio avances
7. Visor nivel aceite cabezal
8. Plato 9. Armario eléctrico
10. Protección posterior 11. Carro longitudinal 12. Grifo taladrina13. Soporte grifo
taladrina14. Carro transversal 15. Torreta
16. Charriot 17. Visor nivel aceite delantal
18. Volante delantal
19. Delantal 20. Mando movimientos automáticos
21. Mando tuerca delantal
22. Volante transversal 23. Mando puesta en marcha
24. Volante charriot
25. Freno contrapunto 26. Caña contrapunto 27. Freno caña contrapunto
28. Contrapunto 29. Volante contrapunto 30. Bancada31. Husillo patrón 32. Soporte barras 33. Barra de cilindrar34. Cuenta hilos 35. Pata trasera 36. Bandeja37. Armario bandeja 38. Pata delantera 39. Interruptor de
emergencia40. Protector barras 41. Mandos Caja Norton 42. Visor nivel de aceite
Caja Norton43. Selector 44. Caja Norton 45. Persiana46. Eje principal 47. Cremallera 48. Interruptor
motobomba49. Pedal freno 50. Puerta guitarra
Manual de instrucciones (2012)
3.3.2 Sierra de Vaivén.
Es una máquina eléctrica semi-automática, permite realizar
operaciones de corte por medio de la hoja de la sierra. Su sistema de vaivén
proporciona la movilidad adecuado para que se produzca el corte. Se pueden
trabajar con diámetros máximos de 250 mm y tiene un peso total de 600 kg.
Figura 7. Sierra de Vaivén. Fuente CNTO.
3.3.3 Torno Control Numérico (CNC)
El torno de control numérico o torno CNC, se refiere a una máquina
herramienta del tipo torno que se utiliza para mecanizar piezas de revolución
mediante un software de computadora que utiliza datos numéricos, siguiendo
los ejes cartesianos X, Y, Z.
El torno CNC se utiliza para producir piezas en cantidades y con
precisión ya que los programas que se le incorporan a la maquina controla la
ejecución de la pieza. Un torno CNC puede ejecutar todos los trabajos que
normalmente se realizan mediante diferentes tipos de tornos paralelos,
copiadores de revolver automáticos. Su rentabilidad depende del tipo de
pieza que se mecanice y la cantidad de piezas que se tenga que mecanizar
en serie. Esto último para la fábrica es de suma importancia cuando a la hora
de producir grandes cantidades de piezas en serie cosa que no lo puede
ejecutar un torno convencional.
Figura 8. Torno CNC. Fuente CNTO.
3.3.4 Prensa Hidráulica Sthenhoj.
Esta máquina se utiliza cuando se necesaria ejercer una presión
localizada en alguna pieza. Trabaja con fluido hidráulico para realizar los
trabajos de presión (carrera de compresión), por medio de una bomba de
mano conectada en el cilindro de doble efecto en la estructura de la máquina.
Para regresar el cilindro de doble efecto lo hace a través de su sistema de
aire comprimido. La fuerza máxima permita es de 25 toneladas.
Figura 9. Prensa Hidráulica. Fuente CNTO.
3.4 Binoculares
Al analizar el término binocular uno descubre que se trata de una palabra
compuesta que resulta de la unión de dos vocablos latinos: binus (traducido
al español como “doble”) y ocularis (interpretado como “ocular”). El concepto,
por lo tanto, hace referencia a aquello que demanda la atención de los dos
ojos al mismo tiempo.
El término, como sabrán muchos de ustedes, se destina a la identificación
del elemento óptico que permite mirar u observar de forma simultánea con
ambos ojos. Los binoculares también se conocen como prismáticos o
largavistas y su función es incrementar la imagen de objetos no tan próximos
que se pueden divisar por medio del dispositivo.
Los binoculares utilizan una combinación de lentes y prismas para
agrandar las imágenes. Las lentes encaminan la luz y permiten enfocar la
imagen ampliada en el nuestros ojos.
Los prismas permiten que las imágenes que llegan hasta nuestros
ojos provengan desde ejes más separados que nuestros dos ojos,
aumentando la sensación estereoscópica o de relieve de lo que vemos.
Hans Lippershey (1608); fue un científico, inventor, astrónomo y
fabricante de lentes. Es reconocido como el creador de los diseños para el
primer telescopio práctico. Posteriormente a su nacimiento, su familia se
estableció en Middelburg, capital de Zeeland, la provincia más sudoccidental
de convirtiéndose en ciudadano holandés en 1602. No se conoce en donde
aprendió a trabajar el vidrio.
Telescopios ordinarios y catalejos pueden haber sido creados mucho
antes, pero Lippershey, como se cree, es el primero en solicitar una patente
por su diseño, y hacerlo disponible para el empleo general en 1608.
3.5 Diseño asistido por computadora
Computer-aided design (CAD) es el uso de programas computacionales
para crear representaciones gráficas de objetos físicos ya sea en segunda o
tercera dimensión (2D o 3D). El software CAD puede ser especializado para
usos y aplicaciones específicas. CAD es ampliamente utilizado para la
animación computacional y efectos especiales en películas, publicidad y
productos de diferentes industrias, donde el software realiza cálculos para
determinar una forma y tamaño óptimo para una variedad de productos y
aplicaciones de diseño industrial.
En diseño de industrial y de productos, CAD es utilizado principalmente
para la creación de modelos de superficie o sólidos en 3D, o bien, dibujos de
componentes físicos basados en vectores en 2D. Sin embargo, CAD también
se utiliza en los procesos de ingeniería desde el diseño conceptual y hasta el
layout de productos, a través de fuerza y análisis dinámico de ensambles
hasta la definición de métodos de manufactura. Esto le permite al ingeniero
analizar interactiva y automáticamente las variantes de diseño, para
encontrar el diseño óptimo para manufactura mientras se minimiza el uso de
prototipos físicos.
3.5.1 Beneficios del CAD
Los beneficios del CAD incluyen menores costos de desarrollo de
productos, aumento de la productividad, mejora en la calidad del producto y
un menor tiempo de lanzamiento al Mercado.
Mejor visualización del producto final, los sub-ensambles parciales y
los componentes en un sistema CAD agilizan el proceso de diseño.
El software CAD ofrece gran exactitud de forma que se reducen los
errores.
El software CAD brinda una documentación más sencilla y robusta del
diseño, incluyendo geometría y dimensiones, lista de materiales, etc.
El software CAD permite una reutilización sencilla de diseños de datos
y mejores prácticas.
3.6 Ingeniería asistida por computadora
Ingeniería asistida por computadora (CAE) es el uso de software
computacional para simular desempeño y así poder hacer mejoras a los
diseños de productos o bien apoyar a la resolución de problemas de
ingeniería para una amplia gama de industrias. Esto incluye la simulación,
validación y optimización de productos, procesos y herramientas de
manufactura.
Un proceso típico de CAE incluyen pasos de pre-procesado, solución y
post-procesado. En la fase de pre-procesado, los ingenieros modelan la
geometría y las propiedades físicas del diseño, así como el ambiente en
forma de cargas y restricciones aplicadas. En la fase de post-procesado, los
resultados se presentan al ingeniero para su revisión.
Las aplicaciones CAE soportar una gran variedad de disciplinas y
fenómenos de la ingeniería incluyendo:
Análisis de estrés y dinámica de componentes y ensambles utilizando
el análisis de elementos finitos (FEA)
Análisis Termal y de fluidos utilizando dinámica de fluidos
computacional (CFD)
Análisis de Cinemática y de dinámica de mecanismos (Dinámica
multicuerpos)
Simulación mecánica de eventos (MES)
Análisis de control de sistemas
Simulación de procesos de manufactura como forja, moldes y
troquelados
Optimización del proceso del producto
Algunos problemas de la ingeniería requieren la simulación de fenómenos
múltiples para representar la física subyacente. Las aplicaciones CAE que
abordan dichos problemas usualmente se llaman soluciones de física
múltiple.
3.6.1 Beneficios CAE
Los beneficios de software de tipo CAE incluyen reducción del tiempo y
costo de desarrollo de productos, con mayor calidad y durabilidad del
producto.
Las decisiones sobre el diseño se toman con base en el impacto del
desempeño del producto.
Los diseños pueden evaluarse y refinarse utilizando simulaciones
computarizadas en lugar de hacer pruebas a prototipos físicos,
ahorrando tiempo y dinero.
Aplicaciones CAE brindan conocimientos sobre el desempeño más
temprano en el proceso de desarrollo, cuando los cambios al diseño
son menos costosos de hacer.
Aplicaciones CAE apoyan a los equipos de ingeniería a administrar
riesgos y comprender las implicaciones en el desempeño de sus
diseños.
Los datos integrados y la gestión del proceso del CAE amplían la
capacidad de balancear con eficacia los conocimientos del
funcionamiento mientras se mejoran los diseños para una comunidad
más amplia.
La exposición de garantía es reducida al identificar y eliminar
problemas potenciales. Cuando integrado al producto y desarrollo de
la manufactura, CAE puede facilitar desde etapas tempranas la
resolución de problemas, lo que puede reducir dramáticamente los
costos asociados al ciclo de vida del producto.
3.7 Manufactura Asistido por Computadora
Manufactura Asistida por Computadora (CAM) común mente se refiere al
uso de aplicaciones de software computacional de control numérico (NC)
para crear instrucciones detalladas (G-code) que conducen las máquinas de
herramientas para manufactura de partes controladas numéricamente por
computadora (CNC). Los fabricantes de diferentes industrias dependen de
las capacidades de CAM para producir partes de alta calidad.
Una definición más amplia de CAM puede incluir el uso de aplicaciones
computacionales para definir planes de manufactura para el diseño de
herramientas, diseño asistido por computadora (CAD) para la preparación de
modelos, programación NC, programación de la inspección de la máquina de
medición (CMM), simulación de máquinas de herramientas o post-
procesamiento. El plan es entonces ejecutado en un ambiente de
producción, como control numérico directo (DNC), administración de
herramientas, maquinado CNC, o ejecución de CCM.
3.7.1 Beneficios CAM
Los beneficios de CAM incluyen un plan de manufactura correctamente
definido que genera los resultados de producción esperados.
Los sistemas CAM pueden maximizar la utilización de la amplia gama
de equipamiento de producción, incluyendo alta velocidad, 5 ejes,
máquinas multifuncionales y de torneado, maquinado de descarga
eléctrica (EDM), e inspección de equipo CMM.
Los sistemas CAM pueden ayudar a la creación, verificación y
optimización de programas NC para una productividad óptima de
maquinado, así como automatizar la creación de documentación de
producción.
Los sistemas CAM avanzados, integrados con la administración del
ciclo de vida del producto (PLM) proveen planeación de manufactura y
personal de producción con datos y administración de procesos para
asegurar el uso correcto de datos y recursos estándar.
Los sistemas CAM y PLM pueden integrarse con sistemas DNC para
entrega y administración de archivos a máquinas de CNC en el piso
de producción.
3.8GLOSARIO
Proyecto.
Conjunto de actividades que desarrolla una persona o una entidad
para alcanzar un determinado objetivo.
Disciplina.
Conjunto de reglas de comportamiento para mantener el orden.
Ciencia.
Rama del saber humano constituida por el conjunto de conocimientos
objetivos y verificables sobre una materia determinada que son obtenidos
mediante la observación y la experimentación, la explicación de sus
principios y causas y la formulación y verificación de hipótesis y se
caracteriza, además, por la utilización de una metodología adecuada para el
objeto de estudio y la sistematización de los conocimientos.
Máquina.
Objeto fabricado y compuesto por un conjunto de piezas ajustadas
entre sí que se usa para facilitar o realizar un trabajo determinado,
generalmente transformando una forma de energía en movimiento o trabajo.
Retroalimentación.
Un informe del éxito o fracaso de una acción para alcanzar los
objetivos deseados, que puede ser utilizada para mejorar un proceso.
Software.
Es el conjunto de los programas de cómputo, procedimientos, reglas,
documentación y datos asociados, que forman parte de las operaciones de
un sistema de computación.
CAPITULO IV
MARCO METODOLÓGICO
4.1Metodología y Tipo de investigación.
La metodología de la investigación se basó en “El método sistemático
para diseñadores”, desarrollado por Bruce Archer, fue publicado durante
1963 y 1964 por la revista inglesa Design.
En este método Archer propone como definición de diseño:”…seleccionar
los materiales correctos y darles forma para satisfacer las necesidades de
función y estéticas dentro de las limitaciones de los medios de producción
disponibles”, lo que implica reconciliar un amplio rango de factores.
4.2 Etapas de Diseño
Para la realización del diseño del largavista, fue necesaria la aplicación
de técnicas de recolección de datos, que permitieron entender lo que se
quería llevar a cabo en el diseño. Estas técnicas fueron:
4.2.1 Etapa Analítica.
En esta fase se recoge toda la información necesaria sobre las
necesidades de la empresa, el problema a solucionar, los límites del proyecto
y las condiciones a seguir. Esta fase está compuesta de una serie de pasos
a seguir:
4.2.1.1 Recopilación de Datos:
Compilación de toda la información requerida y necesaria para el
conocimiento del proyecto y de la empresa en cuestión; y recoger
información referente a otros proyectos similares.
En base a este concepto se plantea el problema, que es el diseño de
un largavista binocular para uso turístico, requerimiento planteado por la
empresa Venezolana de Teleférico a fin de exaltar el turismo y la recreación
en el sistema teleférico de Mérida.
4.2.1.2 Estructuración y jerarquización
Establecimiento de la importancia y/o urgencia de las intervenciones a
realizar para determinar el orden que tendrá el desarrollo del proyecto.
4.2.1.3 Ordenamiento
Clasificación. Sistematización de la información obtenida y de los
recursos a intervenir.
4.2.1.4 Evaluación
Valoración, análisis de la información propia y de los proyectos
similares. Detección de anomalías.
4.2.1.5 Definición de condicionantes
Establecimiento de los parámetros y lineamientos a seguir en las
intervenciones por realizar. (color, costos, elementos, valores a evocar, etc.)
4.2.2 Etapa Creativa.
En esta fase se inicia la práctica tomando como base la información
recopilada en la fase anterior y se inicia el desarrollo de ideas y la selección
de las mismas para llegar a una solución. Para esta fase también existen
pasos a seguir:
4.2.2.1 Formalización de la idea:
Pulir las ideas en sus trazos, color, tipografía y distribución, etc. para
establecer las posibles propuestas.
4.2.2.2 Toma de partida o de idea básica
Del conjunto de ideas generadas se selecciona(n) las que se
consideren más adecuadas. Estas deberán cumplir con los lineamientos y
condicionantes detectados y definidos con anterioridad. (Se considera
conveniente tomar 3 como base)
4.2.2.3 Implicaciones
Establecimiento de los alcances y limitaciones del proyecto.
4.2.2.4 Formulación de ideas rectoras
Desarrollo de bocetos y generación de una lluvia de ideas posibles
para la solución del problema.
4.2.2.5 Verificación
Comprobar si los resultados obtenidos anteriormente cumplen con su
cometido y de no ser así hacer los cambios pertinentes.
4.2.3 Etapa de ejecución.
En esta fase es cuando se presenta la idea manejada al cliente y se pide su autorización u opinión para realizas cambios o mejoras a la idea o simplemente comenzar a distribuir el producto, idea o diseño, para finalizar el proyecto. Para esta fase se realizan los siguientes pasos.
4.2.3.1 Valoración crítica
Se presentan las tres propuestas al cliente para que éste junto con el
equipo de diseño haga una evaluación de las mismas y definan la idea final
4.2.3.2 Ajuste de la idea
Una vez establecida la idea final, ésta se analiza junto con el cliente
para detectar algún cambio o reajuste.
4.2.3.3 Proceso iterativo
Se presenta al cliente el diseño final para dar la aprobación
4.2.3.4 Materialización
Desarrollo de la implementación de la nueva imagen en los elementos
requeridos.
4.2.3.5 Desarrollo
Se llevan a cabo los ajustes detectados con anterioridad
4.3 CRONOGRAMAS DE ACTIVIDADES DESARROLLADO
Actividades 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Familiarización con las áreas de los talleres y departamentos del CNTO.
Conocer las ideas, y requerimientos del diseño.
Revisión bibliográfica referente a los aspectos a tratar en el proyecto.
Adecuación a los paquetes computacionales Autodesk Inventor
Esbozo diseños larga vista.
Diseño Piezas larga vista (Carcasa, asientos, bases, horquilla, etc)
Simulación de esfuerzos y análisis de estructura del diseño usando Autodesk Inventor
Redimensionamiento del diseño preliminar y simulación
Planteamiento proceso de manufactura piezas diseñadas
Planteamiento de materiales a usar en el diseño del larga vista.
Planteamiento del plan de mantenimiento del larga vista.
Entrega del proyecto final.
Henrry Peña (2014).
CAPITULO V
ANALISIS Y RESULTADOS
5.1 DISEÑOS PLANTEADOS.
Al inicio de las pasantía se realizan bosquejos de largavistas
monoculares según los requerimientos de la empresa Ventel, en los cuales
se orientan los primeros diseños, luego dicho requerimiento cambió por
decisión de la empresa Ventel, expresaron la decisión de que los largavistas
fuesen binoculares, en base al nuevo objetivo se ejecuta el planteamiento de
3 diseños preliminares, los mismos estuvieron sujetos a cambios, ajustes
redimensionamientos, evaluaciones para escoger el diseño que fuese más
factible y práctico para producir, tomando en cuenta las herramientas con las
que cuenta el CNTO, así como los materiales con los cuales se iban a
fabricar y los procesos de producción que se usarían en la elaboración del
diseño que se escogiese. Se usa una matriz de selección con escala de 1 al
5 siendo este último el más favorable, para determinar cuál de estos diseños
se escogería y en base al cual se iba a desarrollar el proyecto.
Figura 10. Diseño N°1 Largavista Ventel
Figura 11. Diseño N°2 Largavista Ventel
Figura 12. Diseño N°3 Largavista Ventel
Diseño N°1 Diseño N°2 Diseño N°3
N° de piezas 2 4 2
Carcasa 1 5 2
Asientos 2 4 4
Horquilla 4 4 4
Grados de
libertad
5 5 5
Manufactura 3 4 3
Ensamblaje 2 4 3
Mantenimiento 4 4 4
Costos 3 5 3
Total 26 39 30
Tabla 3 Selección Diseño
El diseño elegido de la matriz, es el diseño sobre el cual se trabaja, al
mismo se le realizan modificaciones en las dimensiones y forma, esto debido
a los ajustes ópticos presentados por el departamento de diseño óptico, con
el fin de buscar que los objetos a enfocar se observasen con la mayor
claridad y nitidez posible.
Se realiza la discusión sobre el material y el proceso de producción de
diseño y se concluye que el mismo se fabrique a través de un proceso de
fundición, siendo este proceso el más práctico para la complejidad del
diseño, de la misma manera se opta por usar materiales livianos, como
aleaciones de aluminio, y fundiciones de hierro gris para la carcasa y
horquilla respectivamente.
Todas las ideas del proyecto se hicieron considerando diseños sencillos
y funcionales, que cumplieran con los objetivos y requerimientos planteados.
5.2 Piezas Diseño Largavista
5.2.1 Carcasa
El diseño de la carcasa se basa en un diseño con líneas suaves, la idea
nace de obtener una pieza que fuese sencilla de fabricar, y al mismo tiempo
fuese funcional y llamativa a la vista del público, consta de dos piezas, el
proceso de manufactura luego de varias discusiones se llegó a la conclusión
de que fuese una pieza elaborada por fundición usando aleaciones de
aluminio para disminuir el peso, dicha pieza lleva un acabado tanto interno
como externo, internamente debe ser impermeable y sellada ya que la
misma contara con un sistema que permite el llenado de la cámara con gas
nitrógeno esto para evitar que el sucio y el vapor afecte los cristales y evitar
el empañamiento interno de los mismos, este sistema de gas alarga también
el tiempo de vida de los lentes evitando que el mantenimiento se haga
frecuentemente, en dicha carcaza va incluido el tubo óptico, al igual que el
mecanismo que hace el movimiento del ocular para el enfoque, el cual
actualmente se encuentra en discusión de si se deja el enfoque fijo o móvil,
ya que esto afecta la hermeticidad de la carcasa.
Figura 22 carcasa
Figura 23 carcasa inferior
Figura 24 carcasa superior
5.2.2 Horquilla
La horquilla al igual que la carcasa se realizan varios diseños, finalmente
se opta por una horquilla de agarre lateral, esto ayuda a ajustar mejor el
centro de gravedad del largavista al igual que distribuye mejor el peso del
mismo, la horquilla se fabrica como una pieza única en fundición gris, esto
para lograr que sea robusta y duradera.
La horquilla permite el movimiento axial (Vertical) en un rango
aproximado de 30° o – 30° y azimutal (rotación) de 360°.
Figura 25 horquilla
Figura 26 horquilla
5.2.3 Tubo Óptico
Este elemento de máquina se fabrica en aluminio, con las
herramientas control numérico con las que cuenta el CNTO, se escoge
aluminio por ser liviano y fácil para mecanizar.
El tubo óptico cuenta con 3 conjuntos de piezas la parte frontal se ubican
los objetivos primarios de aumento, luego un tubo para dirección de luz, y
una caja con asientos para los espejos estos son los encargados de que la
luz llegue con claridad a los oculares.
Figura 27 tubo óptico
Figura 28 tubo óptico
5.2.4 Pedestal
Para el pedestal se usa tubo mecánico de ventilación, de cuatro (4)
pulgadas de diámetro al igual que la base del tubo se usa lámina de acero al
carbono de 10mm de espesor, ambas unidas mediante soldadura.
Figura 29 pedestal
5.3Diseño de asientos lentes prototipo Largavistas
Durante el proceso de pasantías también se hace el diseño de los
asientos para los lentes primarios de magnificación del largavistas, esto con
el objetivo de crear un prototipo con el cual se permitiese corroborar que el
diseño de la parte óptica funcionara. Para ello se tomó como base un tubo
PVC 6” dentro del cual se coloca el arreglo de lentes, y en el cual se diseñan
los asientos sobre los que van a estar colocados los lentes, dicho prototipo
se hace sobre acrílico, se realiza el diseño CAD haciendo uso de Autodesk
Inventor, luego se emplea el paquete de software feature CAM, el cual
permite hacer el enlace entre el diseño y la máquina control numérico para el
proceso de manufactura, dicho software permite la elaboración del diseño
haciendo uso de las herramientas de corte con la que cuenta el centro de
mecanizado, también como parámetros de dimensiones de trabajo y
velocidades de trabajo.
Dicho diseño tiene como restricción de diseño, el que se deben usar 4
láminas de acrílico y respetar los radio de curvatura de los lentes, así como
una separación entre lentes de 4mm este último parámetro se garantiza al
cien por ciento, ya que esta distancia permite que el juego de lentes hagan
un enfoque del objeto y no haya distorsión en la imagen.
Figura 30 asiento
Figura 31 asiento
Figura 32 asiento macho
Figura 33 asiento hembra
Figura 34 asiento
5.4ANALISIS DE TENSION DISEÑO N°2
Se realizan tres análisis de tensión haciendo uso del componente
análisis de tensión que tiene incorporado el Autodesk Inventor, el cual realiza
una simulación de estado de esfuerzos, arrojando valores de tensión,
desplazamiento y factor de seguridad, para obtener valores críticos usando
parámetros como las propiedades de los materiales, restricciones fijas,
móviles y con fricción, al igual de cargas aplicadas estáticas, momentos,
fuerzas de presión; para la obtención de los resultados el programa hace uso
de la teoría de Von Mises para el cálculo de esfuerzos y de fallas del
material, esta teoría es también conocida como criterio de máxima distorsión
es usada en materiales que pueden deformarse considerablemente antes
de llegar a la rotura, y de esa forma poder observar el comportamiento del
diseño ante la situación simulada.
5.4.1 SIMULACION N°1
Se coloca la carga en medio de los oculares haciendo la simulación de
aplicación de fuerza en ese punto, para observar el comportamiento del
diseño ante un estado de cargas, la fuerza se aplica en la dirección Z
negativo según las referencia de ejes usado por Autodesk Inventor, junto con
restricciones fijas ubicadas en la base del pedestal y pernos, estando estos
empotrados en el suelo; la carga aplicada en la simulación es una carga
estática de 150 kg equivalente a 1500 newton, los resultados obtenidos
mediante la simulación se observan en las tablas y graficas mostradas a
continuación:
Nombre de la restricción
Fuerza de reacción Pares de reacción
MagnitudComponente
(X,Y,Z)Magnitud
Componente (X,Y,Z)
Restricción fija:1 1500 N
0 N
1143,96 N m
-1143,01 N m
0 N 32,1139 N m
-1500 N -33,9495 N m
Tabla 4 Fuerza y pares de reacción en restricciones
Nombre Mínimo Máximo
Volumen 14001500 mm^3
Masa 77,6179 kg
Tensión de Von Mises 0 MPa 128,333 MPa
Primera tensión principal -31,0511 MPa 116,871 MPa
Tercera tensión principal -135,485 MPa 25,8308 MPa
Desplazamiento 0 mm 1,08842 mm
Coeficiente de seguridad
1,55844 su 15 su
Deformación equivalente
0 su 0,000929464 su
Presión de contacto 0 MPa 413,521 MPa
Tabla 5 Resumen de resultados
Figura 13 Tensión Von Mises Simulación N° 1
Figura 14 Desplazamiento Simulación N° 1
Figura 15 Factor Seguridad Simulación N° 1
De la simulación realizada se percibe que el comportamiento de la
estructura mecánica del largavista resiste la fuerza aplicada
observándose que el valor de tensión generado no supera el esfuerzo de
fluencia del material analizado, esto también se puede corroborar con el
valor del coeficiente de seguridad siendo este quien determina si el
diseño falla, su valor más crítico es de 1.55 ubicándose en la base de la
horquilla del largavista y en el resto de estructura se observa un
comportamiento estable del mismo tomando su valor máximo de 15.
5.4.2 SIMULACION N°2
Se coloca la carga en el costado del diseño donde se agarra la
horquilla, haciendo la simulación de aplicación de fuerza en ese punto,
para observar el comportamiento del diseño ante un estado de cargas, la
fuerza se aplica en la dirección X negativa, Y positiva, Z negativa según
las referencia de ejes usado por Autodesk Inventor, junto con
restricciones fijas ubicadas en la base del pedestal y pernos, estando
estos empotrados en el suelo; la carga aplicada en la simulación es una
carga estática de 150 kg equivalente a 1500 newton, los resultados
obtenidos mediante la simulación se observan en las tablas y graficas
mostradas a continuación:
Nombre de la restricción
Fuerza de reacción Pares de reacción
MagnitudComponente
(X,Y,Z)Magnitud
Componente (X,Y,Z)
Restricción fija:1 1500 N
-1441,76 N
1265,6 N m
-82,5071 N m
385,971 N 4,1208 N m
-149,467 N 1262,9 N m
Tabla 6 Fuerza y pares de reacción en restricciones
Nombre Mínimo Máximo
Volumen 14001500 mm^3
Masa 77,2537 kg
Tensión de Von Mises 0 MPa 181,812 MPa
Primera tensión principal -72,135 MPa 250,028 MPa
Tercera tensión principal -227,066 MPa 73,5987 MPa
Desplazamiento 0 mm 1,22772 mm
Coeficiente de seguridad
1,10004 su 15 su
Deformación equivalente
0 su 0,00144591 su
Presión de contacto 0 MPa 525,329 MPa
Tabla 7 Resumen de resultados
Figura 16 Tensión de Von Mises Simulación N° 2
Figura 17 Desplazamiento Simulación N°2
Figura 18 Coeficiente de Seguridad Simulación N°2
En esta simulación se nota un incremento en los valores de tensión,
pero este aumento aun no supera los límites de fluencia de los materiales
del largavista por ende el diseño no falla, también se observa que el valor
mínimo del factor de seguridad sigue estando en la base la horquilla
siendo esta la zona donde están la mayor concentración de esfuerzos del
diseño
5.4.3 SIMULACION N°3
Se coloca la carga en el costado del diseño donde se agarra la
horquilla, haciendo la simulación de aplicación de fuerza en ese punto,
para observar el comportamiento del diseño ante un estado de cargas, la
fuerza se aplica en la dirección X negativa según las referencia de ejes
usado por Autodesk Inventor, junto con restricciones fijas ubicadas en la
base del pedestal y pernos, estando estos empotrados en el suelo; la
carga aplicada en la simulación es una carga estática de 150 kg
equivalente a 1500 newton, los resultados obtenidos mediante la
simulación se observan en las tablas y graficas mostradas a
continuación:
Nombre de la restricción
Fuerza de reacción Pares de reacción
MagnitudComponente
(X,Y,Z)Magnitud
Componente (X,Y,Z)
Restricción fija:1 1500 N
-1500 N
1289,09 N m
24,4307 N m
0 N 1,39879 N m
0 N 1288,86 N m
Tabla 8 Fuerza y pares de reacción en restricciones
Nombre Mínimo Máximo
Volumen 14001500 mm^3
Masa 77,2537 kg
Tensión de Von Mises 0 MPa 179,067 MPa
Primera tensión principal -67,4939 MPa 245,128 MPa
Tercera tensión principal -228,9 MPa 63,7434 MPa
Desplazamiento 0 mm 1,10466 mm
Coeficiente de seguridad
1,1169 su 15 su
Deformación equivalente
0 su 0,00142202 su
Presión de contacto 0 MPa 515,836 MPa
Tabla 9 Resumen de resultados
Figura 19 Tensión de Von Mises Simulación N° 3
Figura 20 Desplazamiento Simulación N°3
Figura 21 Coeficiente de Seguridad Simulación N°3
En la última simulación que se realiza no se observan cambios
notorios o que afecten la funcionabilidad del largavista por ende se
concluye que el largavistas diseñado puede ser elaborado y será
funcional sin existir riesgo de falla mecánica.
CAPITULO VI
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
Se diseñó un prototipo de largavista, involucrando el desarrollo de
técnicas matemáticas de diseño y simulaciones para su posterior evaluación,
Luego de haber realizado las pruebas se comprobó que los cálculos
experimentales satisfacen las condiciones del prototipo se pudo constatar la
resistencia y la rigidez de los diversos componentes del sistema mecánico
del largavista, así como de la geometría usada en el diseño, la cual se hizo
con el fin de que fuese lo más sencilla y que cumpliese con los objetivos
de un largavista. Por consiguiente todas las piezas diseñadas bajo ambiente
CAD presentan diseños simples y resistentes. Haciendo que sea factible
para su construcción en el país, debido a que las existentes son importadas y
tienen un costo muy elevado.
Por lo que llegamos a la conclusión de que se han cumplido con todos
los objetivos planteados inicialmente en este proyecto mejorando así la
calidad en zonas turísticas y ofreciendo más posibilidades para ser ejecutada
por el Centro Nacional de Tecnologías Ópticas
RECOMENDACIONES
Se recomienda la producción de un primer prototipo para
observar el correcto funcionamiento del largavista, poder ver que el
tamaño sea el correcto al igual que su altura, así como también que el
movimiento tanto azimutal como axial sea suave y preciso.}
Es recomendable elaborar un plan de mantenimiento para las
piezas que sufren desgaste mecánico por fricción, para aumentar su
vida útil, dicho mantenimiento debe ir de la mano con el
mantenimiento de las piezas ópticas del largavista.
En cuanto al proceso productivo de la carcasa y la horquilla se
sugiere que en el proceso de moldeado por fundición el vaciado de la
pieza en el molde sea lo más uniforme posible para evitar poros en
los elementos ya que esto afectaría la resistencia del material
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Sergina C, Metodología del Diseño 2002,
http://es.slideshare.net/Guillie/metodologia-del-diseno?related=5
SIEMENS, http://www.plm.automation.siemens.com/es_sa/plm/cae.shtml
Ing, Rafael Diaz, 2014, Proyecto Lupa Lectura Escolar, Centro Nacional Tecnologías Ópticas.
Ing, Miguel Contreras, 2014, Proyecto lámpara Dermatológica, Centro Nacional Tecnologías Ópticas.
JAXY.CA, http://www.jaxy.net.cn/productgrouplist-212995119/Coin_Opration_Binoculars.html
Anexos
Figura 22 Diseño largavista (Vista Frontal)
Figura 23 Diseño largavista (Vista Trasera)
Figura 24 Emsablaje Optico largavista
Figura 25 Corte carcasa largavista
Figura 26 Prototipo de prueba óptica larga vista
Figura 27 Prototipo de prueba óptica larga vista
Figura 28 Prototipo de prueba óptica larga vista
Figura 29 Prueba realizada en prototipo
Figura 30 Asientos Lentes Primarios
Figura 31 Asientos Lentes Primarios