IV Revista Dima Un

7/25/2019 IV Revista Dima Un

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Revista de Investigacin Interdisciplinaria DIMA-UN

Nmero 4, ao 2013 - ISSN 2011 - 2416

Lder del Grupo de Investigacin

Ernesto Crdoba

Comit Editorial

lvaro Acero

Alfonso Bohrquez

Ernesto Crdoba

Edgar Delgado

Julio Martn Toro

Carlos Guerrero

Cordinacin Editorial

Alfonso Bohorquez

Germn vila

Daniela Gonzlez

Viviana Garnica

Fotos Portada

Creativity103

Michel Villeneuve

Roberto Fiadone

Sousa919

Docentes Investigadores Grupo Dima-UN

ERNESTO CRDOBA NIETO, Profesor,

Facultad de Ingeniera - Departamento de Ingeniera Mecnica y Mecatrnica

LVARO ACERO ROZO, Maestra en Pedagoga de la Tecnologa,

Facultad de Artes - Diseo Industrial

JOS MANUEL ARROYO OSORIO, Doctorado en Ingeniera Mecnica,

Facultad de Ingeniera - Ingeniera Mecnica y Mecatrnica

NELSON ARZOLA DE LA PEA, Doctorado en Ciencias Tcnicas,

Facultad de Ingeniera - Ingeniera Mecnica

EDGAR DELGADO MEJA, Maestra en Ciencia- Qumica, Facultad de Ciencias - Qumica

CARLOS ALBERTO GUERRERO, Doctorado Ingeniera Qumica, Facultad de Ciencias - Qumica

MARA ALEJANDRA GUZMN PARDO, Doctorado en Ingeniera Mecnica,

Facultad de Ingeniera Ingeniera Mecnica y Mecatrnica

GABRIEL MAANA, Doctorado en Sistemas de Computacin, -

Facultad de Ingeniera Ingeniera de Sistemas e Industrial

HUGO ALBERTO HERRERA FONSECA, Maestra en Gestin de Organizaciones,Facultad de Ingeniera Ingeniera de Sistemas e Industrial

LUIS MIGUEL MNDEZ MORENO, Magister en Ingeniera,

Facultad de Ingeniera - Ingeniera de Sistemas

PABLO ENRIQUE ABRIL CONTRERAS, Maestra Diseo Industrial,


ALFONSO BOHRQUEZ TORRES, Maestra Diseo Industrial,


JORGE ORLANDO FORERO, Maestra Medio Ambiente y Desarrollo,


JULIO MARTN TORO ECHEVERRI, Maestra en Ingeniera Mecnica,

Facultad de Ingeniera - Ingeniera Mecnica y Mecatrnica

ALVARO ZERDA, Doctorado en Economa, Facultad de Ciencias Econmicas- Economa

LEONARDO BERMEO CLAVIJO, Maestra en Ingeniera - Automatizacin Industrial, IngenieraElctrica Ingeniera Electrica y Electrnica

BERNARDO URIBE, Maestra en Medios de Comunicacin y Tecnologa,

Facultad de Artes - Arquitectura

INTERFACULTADES

FACULTAD DE ARTES

FACULTAD DE CIENCIAS

FACULTAD DE INGENIERA

FACULTAD DE CIENCIAS ECONMICASGRUPO DIMA-UN


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IV Revista de InvestigacinInterdisciplinaria DIMAUN


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CONTENIDO

IV

I

II

III

DISEO DE PRODUCTOS Y PROCESOS,ECODISEO Y PRESERIE

Diseo axiomtico aplicado en eldesarrollo de mquinas de empaque

Diagnstico para un diseobioclimtico total y sostenible

Diseo de un vehiculo alternativo

para el transporte de residuossolidos recuperables

Simulacin de la estructura de

Desarrollo de transmisin

(vertical harmonic drive)

Silla de ruedas de inters social

Elaboracin de una propuesta deconfeccin de nuevas indumentarias

para el sector de la construccin

Generacin de trayectorias rectas, utilizando

con arquitectura paralela PKMR -3DOF-

Diseo e implementacin de sistemas SCADA

utilizando el estndar de comunicacin OPC

Metodologia de diseo de plataforma

HSLD de corte laser de alta velocidad

Aprendizaje de la c inemtica en robots

redundantes basado en mapas de bzier

tecnologa de grupos en Quest International S.A.

Optimizacion del proceso logstico de Quest International S.A.

por medio del mapeo de la cadena de valor (value stream map)

Arquitecturas Mixtas : Aplicacin en RENATA para un

ambiente colaborativo X3D para museografa virtualizada

incluyendo tele-operacin de estudio virtual

Entorno virtual de aprendizaje como apoyo

a la educacin a distancia

AUTOMATIZACIN DEMQUINAS Y PROCESOS

MANUFACTURAFLEXIBLE Y VIRTUAL

APROVECHAMIENTO AMBIENTALDE RECURSOS NATURALESY NUEVOS MATERIALES

Diseo, elaboracin y operacin deun colector solar, fabricado con

elementos de reciclaje

Caracterizacin de carbones activados

obtenidos a partir de residuos de llantas

por medio de activacin qumica y fsica

Elaboracin de una propuesta para

optimizar la produccin de agua a

partir de captura de neblina:

anlisis y rediseo de un sistema decaptacin de neblina


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IV Revista de Investigacin

Interdisciplinaria DIMAUN

Una publicacin para la divulgacin y memoria de los desarrollosalcanzados en los proyectos de investigacin y trabajo acadmico

relacionados con el ncleo temtico del IV Seminario de InvestigacinInterdisciplinaria DIMAUN:

Innovacin de Productos, Materiales y Automatizacin de ProcesosIndustriales.

Esta produccin acadmica fue adelantada por investigadores ygrupos adscritos a las facultades de Ingeniera, Artes (Diseo Industrialy Arquitectura) y Ciencias (Qumica) de la Universidad Nacional deColombia sedes Bogot y Palmira y por grupos e investigadores invitadosde la Universidad de los Andes, la Universidad Distrital Francisco Josde Caldas, la Universidad de Pamplona, la Universidad Libre y la Univer-sidad Autnoma de Occidente; as como tambin por profesionalesvinculados con el sector industrial.

La produccin de esta revista se realiza gracias al apoyo de las Facul-tades de Artes (Centro de Divulgacin y Medios), Ingeniera y Cienciasde la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogot, la Editorial de laUniversidad Nacional de Colombia, la Facultad de Ciencias Econmicas,los investigadores que participaron en el IV Seminario de InvestigacinInterdisciplinaria DIMAUN y las empresas que respaldaron su realizacin.


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DISEO DE PRODUCTOSY PROCESOS,ECODISEO Y PRESERIE

I.


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PALABRA CLAVES

Diseo axiomtico, diseo de mquinas, axioma, requerimientofuncional, parmetro de diseo, acoplamiento, matriz de diseo, inde-

pendencia funcional, contenido de informacin, etiquetado autoadhe-sivo, etiqueta, tolerancia, contenido de informacin.

RESUMEN

La teora del diseo axiomtico es una herramienta modernacon fundamentacin y metodologa cientfica para los camposdel diseo y manufactura, en este artculo se exponen breve-mente conceptos bsicos de la teora como los dominios deldiseo, la representacin vectorial del proceso de diseo, laprobabilidad de xito, el contenido de informacin, y los dos

axiomas.Hemos venido trabajando en diseo de mquinas y mayor-

mente de mquinas etiquetadoras durante los ltimos cuatroaos, logrando construir con xito un buen nmero de estas eincluso hemos exportado algunas; siendo la teora del diseoaxiomtico nuestra herramienta metodolgica de cabecera,exponemos en este artculo como caso de estudio parte delproceso de diseo de un modelo particular de mquina en dondese puede ver cmo un principio de operacin aceptado duranteaos por los fabricantes reconocidos es reevaluado y mejoradosegn los lineamientos del diseo axiomtico.

Diseo Axiomtico Aplicado en elDesarrollo de Mquinas de Empaque

Edwin Alejandro Daz

Edwin Carrillo Tapias

.


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Diseo axiomtico aplicado en el desarrollo de mquinas de empaque

1. INTRODUCCIN A LA TEORADEL DISEO AXIOMTICO

En , estando a la cabeza del departa-mento de ingeniera mecnica del MI elprofesor Nam Pyo Suh concluy que slo medianteel establecimiento de una base cientfica que lossoportase, los campos del diseo y la manufacturapodan ser realmente una disciplina.

Partiendo de esta conclusin, Suh junto con suscolaboradores propusieron al National Science Foun-dation de los Estados Unidos un programa de inves-tigacin alrededor de una aproximacin axiomticaa estos campos de la tcnica. ras aos de plantear ydescartar posibles axiomas y reglas de inferencia, seciment la teora del diseo axiomtico.

Bsicamente, mtodo axiomtico es aquel que a

partir de unas proposiciones originarias o primi-tivas llamadas axiomas, y mediante reglas lgicasde deduccin permite inferir otras proposicionesdenominadas teoremas. La verdad de los axiomas,si las reglas de inferencia se siguen estrictamentegarantiza la verdad de los teoremas, este mtodotransportado al campo del diseo constituye lateora del diseo axiomtico. El cuerpo deductivode esta teora consta de dos axiomas fundamen-tales, veinticinco teoremas generales, mltiplesteoremas para campos particulares, siete corola-rios y su propia notacin matemtica.

En su definicin ms clsica, un axioma es unaverdad para la cual, aunque no puede ser deducida, nose encuentran contraejemplos ni excepciones.En unavisin ms moderna y formal, un axioma es apenasuna hiptesis punto de partida de alguna deduccinque puede tener o no relacin con la realidad. Noobstante, la veracidad de los axiomas del diseoplanteados por Suh ha venido reafirmndose con losaos en centros de desarrollo tecnolgico alre-dedor de mundo incluyendo compaas como Ford,General Dynamics o el Departamento de defensa delos Estados Unidos.

2. CASO DE ESTUDIO: MQUINAETIQUETADORA DE AUTOADHESIVOS.

Hablando de etiquetas para productos deconsumo, aunque a primera vista estaspareciesen un componente de menor relevancia, enrealidad juegan cada vez un papel cada vez msactivo desde el punto de vista informativo, legal,esttico y funcional.

Adems de su funcin obvia y primera que es laidentificacin de los productos y la exposicin deinformacin como contenido, naturaleza, desti-nacin, modo de empleo, fecha de vencimiento yadvertencias; Las etiquetas son tambin usadas

para funciones vitales como evidenciar la adulte-racin de medicamentos; tambin con funcionestcnicas como portar la identificacin digital deun producto en un sistema automatizado de mani-pulacin o facturacin, o con funciones tcnicascomo hacer evidente el exceso de temperatura enalgn punto de una cadena de fro de un alimentoindicndolo con un cambio de color, e inclusodesempeando un papel activo en el almacena-miento de alimentos: existen etiquetas que adhe-ridas al interior de un empaque, con el tiempovan consumiendo el oxigeno de la microatmsfera

del contenedor para retardar el proceso de descom-posicin de un producto.Desde el ao cuando construimos la

primera mquina dentro del marco de la materiadiseo de maquinas de la Universidad Nacionalde Colombia, hemos venido trabajando continua-mente en mquinas para la aplicacin de etiquetasautoadhesivas desarrollando variados modelos

jalonados por las necesidades particulares de losclientes quienes plantean variaciones de geome-tras, materiales, velocidades, tamaos, mtodosde empalme con las lneas de produccin..etc.

A la fecha se han construido ya mquinasetiquetadoras con varias configuraciones distintasdesde las manuales que llegan a aplicar mximo etiquetas por minuto hasta las mas automati-zadas que logran etiquetar hasta envases enun minuto cada uno con dos etiquetas y a su vezestn haciendo verificacin del proceso. La mayorparte de las mquinas construidas estn operandoen el pas para industrias como la farmacutica, lacosmtica, la de alimentos y la de agroqumicos,otras se encuentran trabajando en pases vecinos.Gran parte de estas mquinas se ha construido en

asociacin con la empresa industrias RG, ya desdemediados del ao pasado se fund la empresa

Axiomtica SAS en la cual se estn construyendoalgunos equipos para clientes determinados y a suvez desarrollando otros equipos que prximamentese lanzarn al mercado.

Como ejemplo de estudio de este artculo, seexpondr a grandes rasgos un modelo sencillo peroilustrativo que se est produciendo: la etiquetadorasemiautomtica para la aplicacin de etiquetas sobreenvases de geometra con o sin desarrollo plano. Un


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Cap 1 Diseo de productos y procesos, ecodiseo y preserie

cilindro, un rectngulo o un cono son geometrasdesarrollables en un plano, es decir que puedenconstruirse a partir de enrollar o doblar una figuracortada de una hoja plana, en cambio, una seccinesfrica o irregular no lo es ya que para construirla

a partir de una lmina sera necesario estirarla enunas partes y comprimirla en otras.Aplicar etiquetas a este tipo de superficies es

difcil porque con mtodos automticos quedanburbujas de aire o se generan arrugas, sin embargo,aunque tom tiempo y hay -que reconocerlo-cost algunas iteraciones de ensayo error, se llega una solucin que ha resultado exitosa tcnicay comercialmente en especial para la industriacosmtica donde las geometras de los envases soncada vez menos regulares.

Envase con

desarrollo

plano

Envase sin

desarrollo

plano

Fig. 1.Un cilindro tiene desarrollo plano, mientras que unovoide no lo tiene, esto complica el proceso de etiquetado

mapeo mapeo mapeo

Dominio deusuario

Dominiofuncional

Dominiofsico

Dominio deproceso

CA FR DP PV

Fig. 2.Dominios del diseo

3. EL DISEO AXIOMTICO Y SUAPLICACIN EN EL CASO PUNTUAL

DE LA MQUINA ETIQUETADORA.

Para acercarse al mtodo, se va a separar en etapas este ttulo:3.1 LOS CUATRO DOMINIOS DELPROCESO DE DISEO:

El diseo es una interaccin entre lo quequeremos conseguir y el cmo pretendemos

lograrlo, esta interaccin se desenvuelve en unmundo compuesto por cuatro dominios:(fig.) dominio del usuario: constituido por el conjunto

de atributos deseados por el usuario (CA). dominio funcional:constituido por los

requerimientos funcionales (), cada unoindependiente de los dems y claramenteespecificado en trminos de ingeniera. Estosdeben plantearse puros y desligados en uncomienzo de cualquier solucin posible paraevitar que tener la mirada antojada enuna solucin vicie el planteamiento real delproblema.


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dominio fsico:constituido por los parmetros dediseo (DP) que son las soluciones que satisfacenlos requerimientos funcionales (), es decir, estos(DP) estn relacionados directamente con loscomponentes fsicos de los diseos.

dominio de proceso:constituido por las variablesde proceso (PV), estas son las que caracterizanel proceso de manufactura en la construccinfsica los parmetros de diseo especificados,dentro de los PV estn las tolerancias y mtodosde manufactura.

El proceso conceptual que conecta un dominiocon sus dominios adyacentes se denominamapeo. De cada elemento de un dominio podra

decirse que es la solucin a un correspondienteelemento del dominio que se encuentra a suizquierda, entonces el ejercicio de diseo fluye deizquierda a derecha comenzando con las necesi-dades del usuario y culminando en las variables

de proceso; sin embargo es un proceso iterativoen la medida que cada solucin encontrada en undominio genera nuevas preguntas para el anterior.De este principio se deriva la arquitectura jerr-quica que adquieren los diseos. La descompo-sicin jerrquica del diseo se ejecuta de arribahacia abajo (del marco general hacia los detalles)mediante un proceder denominado zigzaguear.La representacin grfica del proceso es:

Dominio funcional Dominio Fsico

Fig. 3.Descomposicin jerrquica mediante el zigzagueo

Sin pretender ignorar los intereses y consecuencias culturales, sociales y ambientales que pueden llegara rodear la construccin de una mquina, tratndose en este caso de un equipo para la manufactura debienes puede decirse que la balanza con que se pesa la idoneidad del mismo es el beneficio econmico quepresta; una forma inmediata de medirlo con objetividad es evaluando el retorno sobre la inversin(ROI):

ROI =

valor agregado- costos de operacin

inversin inicial

vida de lamquina

unidadesproducidas

por horax x


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De aqu se infiere que el nivel cero de descom-posicin funcional prcticamente de cualquiermquina de manufactura es:

#Requerimientos

funcionales (FRs)Parmetros de diseo

(DPs)

0 Incrementar el ROIDiseo enfocado enincrementar el ROI

Para hacer efectivo el DP se despliegan loscomponentes del ROI dando lugar a la aparicindel segundo nivel de jerarqua:

#Requerimientosfuncionales (FR)

Parmetros de diseo (DP)

1Alargar la vida de la

mquinaDiseo de detalle -

longevidad

2 Incrementar el valoragregado

Diseo efectivo y adapt-able para cumplir su misinactividad misional: aplicar

etiquetas.

3Reducir los costos

de operacinDiseo orientado a la efi-

ciencia de operacin

4Incrementar la velo-cidad de produccin

Diseo enfocado en laoptimizacin de tiempos y

velocidades

5Reducir la inversin

inicialDiseo orientado a la

manufactura.

Esta primera descomposicin jerrquica nos

sirve para avanzar en los conceptos del diseoaxiomtico y su aplicacin modelo en este artculo.

3.2 REPRESENTACIN VECTORIAL DELPROCESO DE DISEO:

El proceso de mapeo entre dominios puedeexpresarse matemticamente en trminos devectores caractersticos que definen los objetivosy las soluciones de diseo. En un nivel dado de la

jerarqua, el conjunto de requerimientos funcio-

nales constituyen el vector {}. De igual manera,el correspondiente conjunto de parmetros dediseo del dominio fsico constituyen el vector{DP}. La relacin entre los dos vectores se puedeescribir:

Asimismo, para el dominio de proceso:

Donde [A] es llamada la matriz de diseo. Para uncaso de diseo con dos requerimientos funcionales,la ecuacin de diseo sera:

La ecuacin . puede escribirse en trminos desus elementos:

Es decir:

Para diseos con relaciones lineales, lostrminos A

ijson constantes (la derivada de una

funcin lineal); para diseos no lineales estostrminos son funciones de los DP. Esto significaque los elementos de la matriz de diseo mues-

tran la variacin que tendra cada requerimientofuncional como funcin de las variaciones de losparmetros de diseo, es decir las sensibilidades.

En las primeras etapas del proceso de diseo, lamatriz se puede completar con trminos X y ,indicando con la X que cierto s se ve afectadopor cierto DP, o en caso contrario, con el indi-cando que no depende de ste.

3.3 EL AXIOMA 1 O AXIOMA DE LAINDEPENDENCIA:

Mantener La Independencia De LosRequerimientos Funcionales.

A grandes rasgos, este axioma se encarga degarantizar que cada requerimiento funcional seasatisfecho sin que esto degrade el cumplimientode los dems. El cumplimiento de este axiomase puede verificar reorganizando las matrices dediseo:


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Si la matriz es diagonal (en el mejor de los casos),cada es afectado por un nico ; este diseo dedenomina diseoinacoplado. Si la matriz de diseoes triangular (bien sea inferior o superior), la inde-pendencia funcional se puede garantizar siempre ycuando los DP se ajusten en un orden determinado,este tipo de diseo se denomina diseo desacoplado.Si la matriz toma otra forma, el axioma de inde-pendencia no se puede cumplir, este diseo sellamara diseo acoplado.

Para hacer visible la utilidad de la evaluacin delprimer axioma y considerando la brevedad de esteartculo (porque la matriz general de una mquina

) vamos a desple-

#Requerimientos

funcionales (FR)Parmetros de diseo (DP)

2

Incrementar el valor

agregado = pegar

etiquetas dentro de

un rango de toler-

ancia de 1mm, sinarrugas ni burbujas

de aire

Diseo de un sistema

aplicar etiquetas

-mientos funcionales del siguiente nivel; recur-dese que los requerimientos planteados deben serindependientes entre s:

#Requerimientos

funcionales (FR)Descripcin / restricciones

2.1

Alimentar envases a

una posicin estab-lecida (la tolerancia

se deduce ms

adelante)

Recibir, dar una posicin

estable durante la oper-acin y luego de pegar la

etiqueta evacuar envases de

la mquina.

2.2

Alimentar etiqu-

etas a una posicin

establecida (la

tolerancia se deduce

ms adelante)

Las etiquetas vienen pega-

das sobre una tira de papel

siliconado que a su vez est

enrollado, como un rollo de

stickers, hay que despegar-

las del rollo y entregarlas

al proceso en una posicin

2.3

Hacer coincidir

etiquetas y envases

espacialmente con

una tolerancia de

1 mm

Posicionar correctamente

la etiqueta en el envase, en

trminos de altura, centrado

y ngulo.

2.4

Presionar la etiqu-

eta contra el envasepara adherirla

uniformemente

Debe aplicarse la etiqueta

con uniformidad: sin quequeden atrapadas burbujas

de aire y no permitiendo

que se formen arrugas.

2.5

Coordinar los

mdulos para que

la operacin sea

ejecutada

Como en toda mquina, los

diferentes mdulos deben

coincidir en diferentes vari-

ables: tiempos, velocidades,

fuerzas, posiciones, etc. para

que la labor conjunta resulte

en un trabajo ejecutado.

2.6

Soportar fsica-

mente a los mdulos

de la mquina

Debe brindarse soporte

estructural y de recursos

-

cia: energa elctrica, aire

comprimido etc.

Es en este punto en donde debe plantearsepara cada requerimiento funcional un parmetrode diseo. Para mostrar al primer axioma comocriterio evaluador vamos a desplegar en trminosde sus DP dos diseos: el diseo tradicional quees el de prcticamente la totalidad de mquinasde los fabricantes reconocidos (Autolabe, Averydeninson, universal label.. etc.) y el diseo al quellegamos mediante el mtodo del diseo axiomtico:

Fig. 4.Mquina de diseo tradicional


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Fig. 5.Mquina desarrollada

#MODELO CLSICO

Parmetros de diseoDP

MODELOAXIOMTICO

Parmetros de diseoDP

2.1Alimentacin manual de

envases uno a uno

Alimentacin manual de

envases uno a uno

2.2

Cabezal dispensador

de envases con motor,

sensor de etiquetas y

despegado por curvatura

en cuchilla

Cabezal dispensador

de envases con motor,

sensor de etiquetas y

despegado por curvatura

en cuchilla

2.3

Mdulo de transferencia

por vaco con agarre

al aire

Mdulo de transferencia

-

cie rgida.

2.4

Cuerpo aplicador de

plana

Cuerpo aplicador de

convexa

2.5Sistema de control

elctrico

Sistema de control

elctrico

2.6 Mdulos de soporte Mdulos de soporte.

Las explicaciones de los DP de las dos mquinas

junto a sus secuencias de operacin se entienden

DP 2.2 el rodillo de

traccin hace avanzar a la

cinta con etiquetas

MTODO TRADICIONAL

DP 2.3 la almohadilla plana

recibe la etiqueta con vaco

y luego baja para

aplicrsela al envase

DP 2.2 la etiqueta avanza

hacia adelante

DP 2.1 el envase es cargado

manualmente en la base

Fig. 6.Principio de operacin del mtodo tradicional

MTODO DESARROLLADO - ESTADO 1

DP 2.2 la etiqueta avazhacia adelante halada

desde la cinta de soportepor el rodillo de arrastre

del cabezal

DP 2.3 la cuchilla de despegado se desplaza haciaadelante para entregar la etiqueta al mdulo detransferencia: el movimiento de la cuchilla NO

de rodillos hace la compensacin geomtrica

DP 2.3 el aplicador desilicona hace presin

contra la etiqueta paraagarrarla con seguridad

DP 2.4 elaplicador esconvexo yde baja

dureza

Fig. 7. Primer estado del mtodo desarrollado

DP 2.3 la cuchilla de despegado se desplaza haciaatrs dejando la etiqueta adherida al aplicador desdeel estado anterior y dando espacio al mismo para que

baje a pegar la etiqueta

DP 2.4 elaplicador esconvexo yde baja

dureza paraamoldarseal envase

DP 2.3 la etiqueta estadherida al aplicador listo

para bajar

MTODO DESARROLLADO - ESTADO 2

Fig. 8.Segundo estado del mtodo desarrollado


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Planteando la ecuacin de diseo para lamquina del modelo tradicional tenemos:

E este caso, el elemento que se encuentra arribade la diagonal pone en evidencia que el diseo esacoplado, es decir inaceptable, por que?, veamos el

significado de cada elemento fuera de la diagonal: A

,: el mdulo de transferencia por vaco

est haciendo fuerza a la etiqueta mientrasesta trata de avanzar hacia afuera del cabezaldispensador, tratndose de una lmina depapel o plstico de mximo centsimas demilmetro de espesor, la probabilidad de sacarlahacia adelante sin que esta se doble se reducedramticamente con el aumento de la longitudde la etiqueta, es decir la etiqueta como cuerpofalla por pandeo.

A2,3: La etiqueta es

empujada desde atrs

pero el rozamiento en el

aplicador en lugar de

permitir el avance hace

que se doble, al final la

posicin lograda no ser

la posicin ideal.

Fig. 9.La etiqueta se dobla cuando debera avanzar plana

A,

: la posicin de la etiqueta en el envasedepende completamente de la posicin en quesea entregada la etiqueta; tanto como se desvela etiqueta de su posicin objetivo quedardesviada en el envase.

A,

:El cabezal dispensador de etiquetasempuja para que estas vayan saliendo, perosi el borde de la etiqueta no es perpendicular ala direccin de empuje, al final el cabezal estempujando a la etiqueta desde una esquina

ocasionando un avance con rotacin de laetiqueta en lugar del avance lineal deseado.

A 3,2: Cuando la etiqueta est terminando de

salir, si sta no es de bordes perpendiculares a la

direccin de avance, termina siendo empujada

desequilibradamente y se gira, haciendo que la

posicin quede variable.

Fig. 10.La etiqueta se gira en lugar de avanzar linealmente

A,

: para que el mdulo de transferenciapueda recibir la etiqueta del dispensador, eneste esquema es condicin que la superficie dela almohadilla de transporte y aplicacin seaplana y tenga una dureza relativamente altapara lograr un coeficiente de rozamiento bajoque permita el deslizamiento de la etiqueta,sin embargo esa no es la caracterstica deseablede un rematador de etiquetas en donde

es preferible una superficie blanda que seamolde a la geometra del envase y adems espreferible que sea convexa para que al aplicarla etiqueta lo haga comenzando por el centroy terminando por los bordes sacando as lasburbujas de aire y distribuyendo las diferenciasdimensionales hacia afuera para compensarlaspor estiramiento y no por compresin caso en elque generara arrugas.

A 4,3: Unaplicador plano

y de pocaelasticidad pegalos bordes de laetiqueta antes

que el centro dela misma,dejando

encerradasburbujas de aire,

adems no sepuede deformarpara adaptarse ala geometra del

envase.

Fig. 11.El aplicador es plano pero el envase cncavo


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A,

; A,

; A,

; A,

; A,

; A,

; A,

;A,

y A,

: Estoselementos fuera de la diagonal son normales einevitables en el diseo de mquinas porque losmdulos de control y soporte se disean y operansegn las necesidades y condiciones de los mdulos

puramente operacionales, lo que no sera correctoes la relacin inversa: que limitaciones de diseodel sistema de control o del soporte (entindasepor soporte tambin suministro de energa, aire,lubricacin, estructura) limiten a los mdulosoperacionales.

Ahora, la ecuacin de diseo para la mquinaplanteada segn la metodologa quedara:

Esta ecuacin de diseo cumple el primeraxioma, no hay elementos arriba de la diagonal,decir que es desacoplada.

Como puede observarse, se mantiene el acopla-

miento entre el requerimiento , (Hacercoincidir etiquetas y envases) y los mdulosdispensadores de etiquetas y alimentadores deenvases (Dp, y DP,), naturalmente la posi-cin relativa entre dos elementos depende delas posiciones iniciales de cada uno de ellos, si sequisiera eliminar estos acoplamientos habra queintroducir un sistema de correccin de posicindentro del mdulo de transferencia lo cual esfactible pero sera costoso, sin embargo definiendobien nuestras tolerancias se puede trabajar dejandovivos estos acoplamientos pero repito el ideal sera

eliminarlos.Veamos en detalle cmo en el nuevo modelo se

eliminan algunos acoplamientos entre mdulosque el modelo clsico presentaba: A

,: desaparece el elemento A

,haciendo que

el cabezal slo libere la etiqueta cuando esta estya sujeta del aplicador de silicona y no dependade la geometra de los bordes de la etiqueta.

El aplicador baja y presiona laetiqueta para sujetarla mientras

sta est respaldada por lacuchilla, entonces en ningn

momento la etiqueta queda libre

Cuando la cuchilla retrocede laetiqueta queda suspendida delaplicador sin que se le ejerzan

fuerzas laterales

Fig. 12.Transferencia de la etiqueta al aplicador independi-ente de la rigidez y forma de la etiqueta

A,

: como ya no es necesario que el aplicadorsea plano ni rgido debido que la manera enque el mdulo de transferencia recibe a laetiqueta, este se puede fabricar con la curvaturay la dureza que su funcin de aplicacin deetiquetas le demanda.

DP 2.4 cuerpo desilicona convexa:el cuerpo se hace

con la curvatura,dureza yelasticidadnecesarias paraaplicar laetiqueta, ya noest obligado aser plano y rgido

Fig. 13. La geometra del aplicador es adaptable a la delenvase

3.4 CONCEPTOS DE RANGO DE DISEO,RANGO DE SISTEMA Y PROBABILIDADDE XITO.

El rango de diseoest definido entre los valoresmnimo y mximo permitidos para un requeri-miento funcional especfico; en este caso paravisualizarlo fcil recordemos que la tolerancia deposicionamiento de la etiqueta es ,mm desde elcentro fijado por el usuario.


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FR,


FR2.3Hacer coincidir etiquetas y envases espacialmente

con una tolerancia de 1 mm

El Rango de Sistemaes el rango valores entrelos que se mueve una variable determinada en unsistema real.

Probabilidad de xitoes la proporcin de lafuncin de densidad de probabilidad del sistemacontenida dentro del rango de diseo.

Desviacin

Probabilidad dexito

Densidad deprobabilidad

Rango de sistema

Rango dediseo

Fig. 14.Rango de diseo, rango de sistema y probabilidadde xito

requerimiento funcional determinado, debeconocerse entonces el rango de diseo que comose dijo atrs es el rango deseado, y el comporta-miento del sistema real; como cada requerimientofuncional puede ser afectado por varios par-metros de diseo DP y cada grado de afectacinest expresado en un elemento de la matriz de

diseo, se pueden deducir la tolerancias de funcio-namiento de los parmetros de diseo DP.

Vamos a establecer la tolerancia de los DP queafectan al

Etiqueta

desfasada;

el rango

permitido(rango de

diseo) es

de 1 mm

Fig. 15.Desviacin de la etiqueta en el envase

Este

forma:

Los elementos A , A y Atres son medidas lineales que se suman para dar laposicin deseada.

En ese orden de ideas tenemos que las varia-ciones se propagan tambin de la forma:

De esta ecuacin conocemos:

DP,

en la mquina, sin embargo puede desviarse enpoco cuando se fabrican en diferentes cavidadesde molde la misma referencia de envase)


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DPgua por la que se desplaza el aplicador hacia elenvase).

DP = ? (hay que estimarlo para poder

Entonces, de la ecuacin anterior se despeja la

Esto quiere decir que el rango de diseo para el ca-

El cabezal dispensador est compuesto de varios

esta tolerancia son la precisin del motor que haceel arrastre de la etiqueta y la precisin del sensorque detecta el avance de la etiqueta, tambin sedepende de la precisin con que el fabricante deetiquetas haya posicionado las mismas sobre lacinta.

3.5 CONCEPTO DE CONTENIDO DE

INFORMACIN

satisfacer un requerimiento funcional:

Pi es el porcentaje en que el rango de sistema deun requerimiento est dentro del rango de diseo.

Las unidades de medicin de la informacin sonlos bits, y la razn para llevar probabilidadesa trminos de informacin es que esta se puedesumar mientras que la probabilidad es multi-plicativa. A mayor probabilidad de xito menorcontenido de informacin y viceversa, como la

-

inicial del envase, posicin inicial de la etiqueta

y transferencia de la etiqueta hacia el envase)podemos evaluar el contenido de informacin parael requerimiento funcionaletiqueta en el envase):

En un caso ideal en donde la probabilidad de xito

informacin sera cero, de aqu se deriva el segundoaxioma.

3.6 AXIOMA 2 DE LA INFORMACIN:

Minimizar El Contenido De Informacin.

Este axioma establece que el diseo que tengael menor contenido de informacin es el mejorporque menor contenido de informacin implicamayor posibilidad de xito; la utilidad del conceptode informacin radica en que, como se dijo previa-mente es una versin sumable de la probabilidady se puede manejar fcilmente en las ecuaciones de

diseo.Se recurre a este segundo axioma para hacer

una comparacin objetiva entre diseos quecumplen el primer axioma, en un caso como eldel ejemplo mostrado en el que las relacionesson simples y la matriz es pequea, la evalua-cin del contenido de informacin parece obvia,sin embargo, un sistema complejo puede tenercientos a incluso miles de en su descomposicinfuncional, entonces el criterio deja de ser tanevidente, entonces la ventaja de un diseo ente aotro tiene que verse como una cifra totalizada y el

manejo de las relaciones demanda del apoyo de unsoftware; afortunadamente dicho software existe.

3.7 EL SOFTWARE ACCLARO DESIGN

FOR SIX SIGMA

Acclaro, cuya traduccin del latn es hacer conclaridad, es el nombre del software desarrolladocon y para la aplicacin del diseo axiomtico


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De una forma extremadamente resumida, sepuede decir que el software cuenta con herra-mientas como casas de la calidad para establecerlos atributos de usuario, organizacin de matrices, edicin y clculo de datos de probabilidad e

informacin, visualizacin de la descomposicinfuncional en diagramas de rbol y de mdulos,anlisis modal y efecto de falla, herramientas decomunicacin para trabajos colectivos, manejode informacin relacionada con los procesos demanufactura, los componentes en el mundo real ylos proveedores entre otras.

FR0:IncrementarelROI

FR1:Alargarlavidadelam

FR2:Incrementarelvaloragr

FR4:Incrementarelpromedio

FR5:Reducirlainversininic

FR3:Reducirloscostosdec

DP0:Dis

DP1

DP2

DP4

DP5

DP3

x

x

x

x x

x

x x

x

x

xx

x

x

x

o o o o

o

oo

o

o

o

o

Fig. 16.Matriz de diseo en acclaro

Fig. 17. Evaluacin del contenido de informacin en un en acclaro

4. CONCLUSIONES

La teora del diseo axiomtico es unaherramienta completa, existe como criterioevaluador desde la definicin del problemahasta puesta a punto de un construido.

La teora del diseo axiomtico exige quequien est diseando piense funcionalmente

antes de atarse a soluciones tradicionales,evitando que se pierda tiempo resolviendoproblemas inexistentes y a la vez encaminaa los diseos hacia soluciones fsicamenteintegradas que mantienen la independencia de

sus requerimientos funcionales. Los postulados de diseo axiomtico son ciertosporque esta teora est basada en principioscientficos racionales derivados de unaobservacin histrica que desde hace mas de aos, viene analizando los proyectos exitososde la ingeniera y porque han sido aplicados enproyectos exitosos en compaas de desarrollotecnolgico en todo el mundo. Cabe anotarque seguirn siendo ciertos hasta que alguienencuentre un ejemplo donde no se cumplan

El software acclaro DFSS organiza una

estructura fcilmente manipulable del procesode diseo desde la voz del usuario hasta laestructura fsica del producto, que simplificano slo las tareas propias del diseador sinoque tambin regulariza la comunicacin entreequipos de diseo distantes y la comunicacinentre las labores de ingeniera y las laboresgerenciales de los proyectos.

El requerimiento funcional fundamental delas mquinas de manufactura es el beneficioeconmico que estas prestan, debe garantizarseeste punto de partida para poder conseguir

que los proyectos de diseo, aunque tenganun significado idlico para el diseador y elequipo de desarrollo en general, puedan sersostenibles.

Gracias a la teora, se lleg a una mejoraproximacin a la solucin de este tipo deetiquetado, pero adems, con el tiempo hemosllegado a varias otras soluciones en distintostipos de etiquetadoras y adems en maquinasde otras naturalezas; algunos videos semostrarn en la exposicin.

Vale la pena difundir el mtodo en la

universidad y la industria nacional, conexperiencia podemos decir que estos principios,por sencillos que parezcan inicialmente,en verdad ayudan a llegar a solucionescompetitivas; en la bibliografa se puedenencontrar casos de aplicacin en industrias comola automotriz, la de los materiales, la militar, laelectrnica, en sistemas organizacionales y endesarrollo de software.


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REFERENCIAS:

[]Nam pyo Suh, Axiomatic design, Advances andapplications, Massachusetts institute of technology,Oxford University press, .

[]Nam pyo Suh, Te principles of design, Massachu-setts institute of technology, Oxford Universitypress, .

[]Steven Eppinger, Curso de diseo y desarrollo deproductos, Material de clase. Instituto tecnolgicode Massachussets, primavera de .

[]ancisco Aguayo Gonzales, Victor Soltero Sanchez,Metodologa del d iseo industrial, Alfaomega grupoeditor .

[]Pavel Orlov, Ingeniera de diseo; traduccin deJos Puig orres, Editorial MIR, Mosc .

[]Carlos orres, Los sistemas formales. Ciudad deMxico, Centro de investigaciones interdiscipli-narias en ciencias y humanidades UNAM, .

[]Te Wiley encyclopedia of packaging technology,third edition, John Wiley & sons, New York,.


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INTRODUCCIN

En el centro de Bogot se encuentran ejemplos de diversaspocas y tendencias en Arquitectura de oficinas, las ms anti-guas en el sector de la avenida Jimnez muchas consideradasde inters patrimonial. A lo largo de la Av. y la Carrera alternadas con vivienda y servicios, se puede leer una evolucinarquitectnica con estilos clsicos y deco dando paso a ejemplosde Arquitectura Moderna y Estilo internacional.

El Estilo Internacional aparece en los Estados Unidos como resultado deldesarrollo de tecnologas de la edificacin que permitieron rapidez en laconstruccin en altura y eficiencia en el uso de instalaciones tcnicas, entreellas est el del Aire acondicionado (Willis Carrier ) sistema cuyofuncionamiento exige condiciones de interiorizacin espacial y aislamientotrmico de las construcciones. El Estilo Internacional permiti construirun mismo prototipo arquitectnico en cualquier lugar del mundo mediantela implementacin de tecnologas de gran consumo energtico. En este casola Arquitectura de la edificacin pierde su conexin fsico ambiental con ellugar convirtindose en una solucin generalizada y aplicable a cualquiercontexto. Las cadenas hoteleras y las oficinas son representativas de estefenmeno el cual ha evolucionado en ejemplos muy sofisticados.

Diagnstico para un DiseoBioclimtico Total y Sostenible*

Esperanza Caro

Camilo Delgado

Luis Fernando Garca

Rubn Solano

Miguel Mendoza

Cesar Lizarazo

David Delgado

.

* Esta investigacinfue financiada por laDIB en el marco delproyecto titulado: ElEspacio del mbito(Kotaiiki) ColombianoEtapa - Anlisis detres contextos Medio

Ambientales Colom-

bianos Bogot Oficinas

Centro Internacional.


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Hacia los aos s se presenta una transforma-cin del sistema financiero para la construccin enColombia. Arquitectos y constructores inviertenrecursos propios y reciben crditos en UPAC quetransfieren al comprador. Se construyen edificios

de vivienda y de oficinas sin haber una claridaden normativas urbanas y requisitos constructivos,espaciales, ambientales o de seguridad para cadatipo de edificacin.

La presente investigacin se concentra en esegran stock de edificios de oficinas construidasdesde los aos s que hoy funcionan por debajode los parmetros actuales mnimos de seguridad,espacialidad y ambientales, convirtiendo estoscasos en un contexto arquitectnico para desarro-llar all un concepto de diseo total y sostenible,con el fin de proponer productos de diseo que

resuelvan las falencias de estas estructuras con unmnimo de consumo energtico y que permitanextender el ciclo de vida de estas edificacionescomo fin de sostenibilidad ambiental.

ESTADO DEL ARTE:

Edificaciones existentes: La contaminacinurbana hace que estas arquitecturas aslen losespacios internos del exterior lo que conlleva elaumento de la temperatura interior generndose

la necesidad de instalar sistemas de acondiciona-miento de aire; el mal aprovechamiento de la ilumi-nacin natural en los diseos arquitectnicos elevael consumo energtico de las oficinas; espacios decielo raso que no fueron calculados para futuroscambios tecnolgicos, reducen el volumen interiorde la oficina; diseo interior a partir de materialesy componentes novedosos sin informacin precisade sus caractersticas fsicas.

Diseo:Actualmente en Bogot hay una claratendencia al diseo bioclimtico de oficinas. Enedificaciones nuevas se ha implementado el diseo

pasivo e hbrido de movimiento del aire teniendocomo motor una fachada fra receptora del aire yuna fachada caliente expulsora del mismo (ej.edificio Compensar Autopista calle , J.Rivera).

Normas:El REILAP (reglamento de eficienciay seguridad para las instalaciones elctricas),regula el aprovechamiento de luz natural en arqui-tectura; La Secretara Distrital de ambiente desa-rrolla un sistema de informacin (meteorologa,

calidad del aire, estructura ecolgica, riesgos, etc.).Contexto global: surgimiento de sistemasextranjeros de indicadores de la sostenibilidadambiental de edificaciones (LEED, CASBEE,BREAM, etc.). La Globalizacin ejerce una granpresin por la entrada al pas de los sistemasde diseo para la construccin Sostenible. Nosencontramos ante una oportunidad de actualizarnuestras tradiciones arquitectnicas sanas con latendencia mundial pero esta vez para participar deuna transformacin ambiental.

El objetivo especfico de esta investigacin es

generar una herramienta de diagnstico bioclim-tico para la adecuacin sostenible de estas oficinas.El presente trabajo est divido en: .Levanta-

miento arquitectnico de una oficina, morfologaambiental, funcionamiento espacial y tcnico;.Mediciones ambientales trmicas, Anlisis dela informacin trmica sobre la arquitectura dela oficina; .Anlisis del confort, carta psicrom-trica, encuesta a ocupantes, prediccin de confort;.Ponderacin de los recursos energticos exis-tentes en el elemento arquitectnico, mediantesimulaciones y clculos, anlisis de cargas

trmicas, . Elaboracin de propuestas de diseo;Anlisis fsico del comportamiento de los datos(Lneas de tendencia) de acuerdo al objetivo tericode esta investigacin, es decir el concepto Kotaiiki(E.Caro, ).

1. LEVANTAMIENTOARQUITECTNICO - MORFOLOGA

Objeto estudio de caso: oficina de finanzasubicada en la calle con carrera , tercerpiso de un edificio esquinero de pisos

La construccin Sostenible se plantea como herramienta paramitigar problemas ambientales especficos generados por laedificacin y la ciudad. Con base en cuatro temas principales:errenos, Agua y energa, Calidad del Aire, y Materiales orga-niza una serie de objetivos e indicadores de resultados cadauno de ellos correspondiente a una meta ambiental global.


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Diagnstico para un diseo bioclimtico total y sostenible

Fig.1.Levantamiento arquitectnico

FUNCIONAMIENTO ESPACIAL Y TCNICO:

El edificio en que se encuentra la oficina anali-zada carece de relaciones espaciales verticalesaparte de la circulacin del punto fijo la cual seencuentra contaminada por el aire del stano y los

ductos de instalaciones hidrulicas y elctricas; Laoficina se ilumina y ventila a travs de sus fachadasoriental y occidental; El edificio est envuelto enuna sola fachada de vidrio opaco que disminuyeel recurso de iluminacin natural; Hay pequeasventanas de abrir en las partes altas de la fachadacorrespondiente a cada piso; Interiormente laoficina est dividida a partir de muros de mampos-tera, muros secos, paneles de oficina y vidrio; cieloraso liviano que deja un espacio de cm, all selocaliza el sistema elctrico de iluminacin; Notiene aire acondicionado, en los baos se utilizan

extractores mecnicos de aire; En el costado noro-riental existe un espacio invernadero utilizadocomo cafetera.


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Fig. 2.Fotos de algunos espacios interiores

VIENTO - CARACTERSTICAS DE LA CAPADE TURBULENCIA:

Los vientos Alisios procedentes del Noreste y

Sureste en una escala mayor atraviesan por encimadel filo de la Cordillera Oriental generando a veceslluvias en su costado occidental. Otras lluvias yvientos de la ciudad responden a fenmenos depresin especficos, a formaciones de Isla de calor

urbana y a peculiaridades en la topografa de loscerros (caones, etc.). El sol de la maana calientalentamente las masas de la ciudad; el aire encontacto con las superficies duras se eleva, dandoespacio a la llegada de un aire ms fri procedente

de los cerros. Los Cerros son fuente de aire limpioy fresco. En la tarde vientos procedentes del Suroccidente aumentan su velocidad transportandoruido y contaminacin (ppm , CO, O SecretaraDistrital de Ambiente ).

Estas turbulencias, al entrar en contacto con laedificacin por el barlovento se descomponen encorrientes ascendentes o descendentes rasantesa la fachada. El viento canalizado por las calles ocarreras pasa rasante a la fachada. El recorrido delsol incide en la cubierta de la edificacin y en susfachadas dependiendo de su orientacin y exposi-

cin. En nuestra oficina el sol calienta la fachadaoriental en la maana y la occidental en la tardegenerando diferencias en la temperatura interiorque a su vez generan movimientos del aire interior.

Fig.3.Vientos en Bogot maana y tarde, Fuente: Secretaria Distrital de ambiente.


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2. MEDICIONES MEDIO-AMBIENTALES TRMICAS

Los datos (emperatura del aire , Velocidaddel viento V.v y Humedad relativa HR)fueron tomados en la oficina Finac ubicada en elcentro de Bogot, el de Junio de HoraInicio : a.m. Hora erminacin : p.m.

Se situaron puntos de medicin (a una alturade ,m) en los espacios interiores y a la altura delas aberturas en los bordes de la oficina. El reco-rrido se hizo teniendo en cuenta que el tiempotrascurrido en la toma de datos entre un puntoy otro debera ser el mnimo posible para poderreducir el error causado al no tomar la informacinde los puntos simultneamente; la emperaturadel aire y la Velocidad del viento se tomaron en

promedios de segundos por punto; la Humedadrelativa En todas las mediciones se utiliz equipoKIMO V.

ANLISIS DE LAS MEDICIONES FSICO-TRMICAS

Distribucin espacial temporal de laTemperatura oficina FINAC (Fig. .; .;.;..)

En el transcurso del da las temperaturas varanentre C y C aproximadamente en el interiory entre .C y .C en el punto exterior locali-zado en la terraza de la oficina.

A medida que avanzan las horas la temperaturapromedio interior aumenta alcanzando su pico alas :pm, luego desciende gradualmente llegandoa ser al atardecer un poco mayor que la de la franjade :am a :am.

Los valores de temperatura oscilan entre y C para los puntos con recurso de ventilacincercano (ventanas) y entre a C para los

dems puntos de la oficina.Evolucin temporal del diagrama de tempera-

turas:

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 > 28

Fig.4.1.Medicin 1 (7:26-8:30 a.m.)T Promedios:1) 22C; 2) 19-20C

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 > 28

1

2

Fig.4.2.Medicin 2 (9:31-10:23 a.m.)T Promedios: 1) 24C; 2) 22C

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 >28

1

2

Fig.4.3.Medicin 3 (11:32 -12:14a.m.)T Promedios: 1) 26C; 2) 24C


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16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 > 28

b

ca

2

1

Fig.4.4.Medicin 4 (2:17 3:14p.m.)T Promedios: 1) 25C; 2) 26C; a) 22C; b) 23C; c) 21C

Distribucin espacial temporal de laVelocidad del Viento (Fig..; .; .; .)

Para la medicin de V.v se seleccionaron lospuntos localizados en el borde (aberturas), enla circulacin principal de la oficina y en laescalera.

Los valores de V.v varan entre y , m/s, y,entre a .m/s para puntos interiores.

En los puntos que son bordes hay dostendencias: a) Para temperaturas entre -Cla velocidad promedio del viento es alta y crececonsiderablemente. b) Para temperaturas entre-C la velocidad promedio del viento es bajay su crecimiento con la temperatura es menorque para la franja de -C.

La considerable diferencia entre las V.v internasy las consignadas en el borde (ventanas) en laoficina, nos da cuenta del mal aprovechamientodel recurso natural que presenta su diseoarquitectnico.

A medida que pasan las horas la dispersin delos valores de V.v aumenta.

Para cualquier franja horaria de medicin la V. vse comporta con respecto a la temperatura comouna serie de picos y valles que se alternan entres, los principales picos estn en C, C yC.

La velocidad pico de cada franja de medicin seincrementa con el pasar del da.

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8

3

2

1

Fig.5.1.Medicin 1 (7:26-8:30 a.m.).V Promedios 0.22 m/s; 1) 0.4m/s.

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8

1

2

3

Fig.5.2.Medicin 2 ( 9:31-10:23 a.m.)V Promedios 0.30 m/seg; 1) 0.2m/s; 3), 2) 0.8m/s

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8

1

2

Fig. 5.3.Medicin 3 (11:32-12:14 a.m.)V Promedios: 1) 0.2m/s; 3), 2) 0.8m/s.


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0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8

1

2

3

Fig. 5.4.Medicin 4 (2:17 - 3:14p.m.)

V T Promedios: 1) 0.7m/s; 2)0.6m/s; 3), 2) 0.9m/s

Comparar las zonas en su velocidad del vientoy su temperatura permite comprender la relacininversa existente entre estas dos variables. En lamedicin (Figs. . y .) la primera zona con V.V(. m/s) decae a C es decir baja C respectode los puntos colindantes; en la zona con una V.Vde . m/s la temperatura al interior desciende aun promedio de -C es decir -C por debajode puntos interiores aledaos; la zona con una

V.V de . m/s se sita la temperatura en C. Elcontrol de las diferencias de temperatura y velo-

cidad del viento en los bordes de la oficina nospermitira generar las condiciones higrotrmicasdeseadas.

DISTRIBUCIN ESPACIAL TEMPORALDE LA HUMEDAD:

Humedad relativa (HR) vara entre a aproximadamente en el interior y entre .y . en el punto exterior localizado en laterraza de la oficina.

En todas las franjas de medicin se evidenciauna relacin inversa entre temperatura yhumedad relativa, es decir los puntos demxima temperatura corresponden a menorhumedad relativa y viceversa, es por esto que lasectorizacin por las zonas para el anlisis deesta variable es muy similar al de la temperaturapero con la connotacin de que si la zona era de alta entonces ser ahora una zona de HR bajay si la zona era de baja ahora ser zona de HRalta.

A medida que avanzan las horas la humedadrelativa promedio disminuye alcanzando su picoms bajo en la franja de :am a :pm,luego de ello se incrementa levemente hasta laltima franja de mediciones cuando se presenta

una amplia dispersin de las medidas de y HR.

CONCLUSIONES DEL ANLISIS DETENDENCIAS

La distribucin y aumento de la temperaturaal interior de la oficina est mayoritariamentedominado por la zona de incidencia de la radiacinsolar sin embargo dadas las condiciones actualesde ventilacin, cerramiento y aportes calricospor parte de equipos y habitantes que presentan

la mayora de los sectores de la planta, se ve que elfenmeno del calentamiento interior es especial-mente crtico en el lapso de tiempo comprendidoentre :-: p.m. donde se hace homognea unatemperatura especialmente alta (C-C) en lossectores no ventilados.

Para esta misma franja horaria de altas tempera-turas las ventanas, siendo las zonas de ventilacindirecta, presentan valores de V.V en el rango de. m/s y valores de aproximadamente C pordebajo del promedio de la temperatura interior,lo cual nos da una buena seal de que el viento

incidente en las horas de la tarde extrae calor de laszonas que logra ventilar.

El recurso de viento no se puede sectorizar demanera unnime en los costados de la planta yaque presenta variaciones abruptas en cuanto adireccin y magnitud del recurso en el transcursodel da, a pesar de ello se destacan como fuentesestables de recurso de ventilacin lugares de laplanta identificados en la Medicin de la velocidaddel viento: las ventanas de la gerencia, de la oficina y de la cocina.

El fenmeno de la humedad relativa a lo largo

de la distribucin espacial en su gran mayorapresenta un comportamiento inverso con la tempe-ratura, como era de esperarse alcanza valorespromedio altos al inicio y final de la jornada dada lamenor temperatura y por lo tanto menor capacidadque tiene el aire en estas horas del da para retenervapor de agua.


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3. ANLISIS DEL CONFORT

Previo a la medicin se realiz una encuesta alos usuarios de la oficina. El anlisis de estaencuesta arroja algunos parmetros que indican

como el habitante de la oficina percibe las condi-ciones ambientales en su lugar trabajo. A conti-nuacin se muestra un resumen de la encuesta.Personas encuestadas: ; nmero de respuestas: .Resultados:

Personas encuestadas Nmero de respuestas (En la maana, Medio da, Noche) Nmero depreguntas . Resultados:

Percepcin de la temperatura en la Maana,Medio da y Noche en un da soleado? afirma que la temperatura del lugar en

un da soleado es calurosa, el otro lees indiferente y el restante siente fri,como informacin importante el de losencuestados responde que al medio da sientencalor en la oficina.

Percepcin de la temperatura en la Maana,Medio da y Noche en un da lluvioso? que dice que siente calor, el otro le esindiferente y el restante siente fri

Percepcin de la calidad del aireen la Maana, Medio da y Noche? que dice percibir el aire contaminado, y un

opina que le es indiferente. Percepcin de humedad del aire

en la Maana, Medio da y Noche?. dice percibir que la humedad del aire esbaja, el . le es indiferente, y el opina queel aire es hmedo en el medio da.

Considera ptima la cantidad deluz que tiene su lugar de trabajo? est conforme con la iluminacin de sulugar de trabajo mientras el otro encuentrainsuficiente esto.

Encuentra confortable su lugar de trabajo?

de las personas encuestadas no encontraronconfortable el lugar de trabajo mientras elrestante est conforme.

CONCLUSIONES:

Hay mayor percepcin del calor, de la humedad ymenor percepcin de la calidad del aire y la ilumi-nacin.

La ltima respuesta nos indica que sin duda hay

una problemtica casi generalizada en el estadode confort de los trabajadores y hace necesario unestudio para verificar estas situaciones.

CARTA PSICROMTRICA

eniendo como referencia el sistema deanlisis trmico Climate consultant 3.0 (UCLA)y tomando como base los datos climatolgicos,consignados en la pgina web Energy plus Simula-tion Software - Wheater Data, se elaboraron cartaspsicromtricas para identificar las estrategias dediseo pertinentes en el contexto estudiado. Elsistema en referencia delimita, a partir de los datosintroducidos, zonas de clima para las cuales sehan conceptualizado estrategias de acondiciona-

miento; define el porcentaje de horas al ao en quecada estrategia trabajara para el confort trmicointerior en una regin en particular. Las cartas seelaboraron con base en los datos del aeropuerto deDorado del ao suministrados por el IDEAM.

DISCRIMINACIN HORARIA DE LA CARTAPSICROMTRICA DE BOGOT (FIG.6):

La carta psicromtrica anual nos permiteconocer las zonas climticas que se presentan en

el ao en un lugar. Podemos saber la incidenciade una estrategia de acondicionamiento a partirde un porcentaje. La Discriminacin horaria de laCarta Psicromtrica nos ayudar a precisar en qumomento estar actuando una estrategia de diseoque har parte de una arquitectura.

Fig.6.1.El Dorado Enero-Diciembre 2007 7:00 Horas


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Zona 8:Ganancia directa de calor con una masatrmica ligera, esta estrategia se aplica cuando haypocas horas de sol y la temperatura ambiente es ligera-mente menor a la temperatura de confort inferior.

Zona 9:Ganancia directa de calor con una masa

trmica pesada, esta estrategia se aplica cuando haymuchas horas de sol y la temperatura ambiente esmenor a la temperatura de confort inferior.

Zona 0:Es conveniente humidificar el aire, puestoque est demasiado seco.

Zona :Proteccin del viento, en esta zona esimperativo proteger la edificacin del viento debido aque por debajo de los C la sensacin de fro provo-cada por una corriente de aire es elevada.

Fig. 6.2.El Dorado Enero-Diciembre 2007 13:00 Horas

Zona : ConfortZona 2: Proteccin de la radiacin solar directa.Zona 5:Enfriamiento evaporativo, en climas secos y

clidos la humidificacin del aire puede ser usada comofuente de enfriamiento puesto que al aumentare lahumedad del aire seco este disminuye su temperatura.

Zona 7:Zona en donde las ganancias internas decalor son suficientes para aumentar la temperatura enun espacio interior.

Zona 8:Zona de ganancia directa de calor con unamasa trmica ligera, esta estrategia se aplica cuando

hay pocas horas de sol y la temperatura ambiente esligeramente menor a la temperatura de confort inferiory Zona .

Fig.6.3.El Dorado Enero-Diciembre 2007 19:00 Horas

Zona :Confort, Zona , Zona , Zona , Zona .Generar cartas psicromtricas en el tiempo

horario nos permite precisar la aplicabilidad de lasestrategias y discutir opciones de diseo arqui-tectnico. El diseo total nos permitir proponeruna arquitectura flexible en que sus componentesresulten ser fijos o mviles automatizables.

Por otra parte, grficas realizadas directamentesobre los datos tomados en la oficina estudiada,muestran el comportamiento de la temperatura

a lo largo del da en la oficina FINAC, en relacincon la zona de confort (Zona ); en las horas dela maana la una parte de las reas de la oficinaestn por fuera del lmite inferior de la zona deconfort (C), a lo largo del da las temperaturasse mueven hacia la lnea que delimita la tempera-tura lmite superior de la zona de confort (C),temperaturas las registradas hacia las : Horasmuestran mayor cantidad de puntos por fuera dela zona de confort, lo que nos sugiere aplicar lasestrategias recomendadas bajo conceptos de diseoflexible. (Fig..)


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Fig.7.1 Detalles Cartas Psicromtricas Oficina FINAC 20077:00 y 14:20 Horas

Fig.7.2Detalles Cartas Psicromtricas Oficina FINAC 20077:00 y 14:20 Horas

PREDICCIN DEL CONFORT:

Con el fin de prever las condiciones de confort alinterior de las oficinas analizadas se aplicaron las herra-mientas Voto medio estimado () y Porcentaje depersonas insatisfechas (), valores ambos, que

La American Society of Heating, Refrigerating andAir-Conditioning Engineers (ASHRA E) usa un mtodomediante el cual a partir de la informacin relativa a la

aportan informacin clara y concisa sobre el medio-ambiente trmico; para este anlisis se utilizaron los datostomados en la oficina FINAC teniendo en cuenta que laactividad de los ocupantes es ligera y que usan vestimentade oficina.

EL ndice Voto medio estimado refleja el valor de losvotos emitidos por un grupo numeroso de personasrespecto de una escala de sensacin trmica de niveles (fri, fresco, ligeramente fresco, neutro, ligera-mente caluroso, caluroso, muy caluroso), basado en elequilibrio trmico del cuerpo humano (la produccininterna de calor del cuerpo es igual a su prdida haciael ambiente).

El equilibriotrmico depende de la actividad fsica,de la vestimenta, y de parmetros ambientales como:la temperatura del aire, la temperatura radiantemedia, la velocidad del aire y la humedad del aire.

El Voto medio estimado predice el valor medio de lasensacin trmica. Los votos individuales se distri-buirn alrededor de dicho valor medio y se reflejan enel Porcentaje de personas insatisfechases deciraquellas personas que consideraran la sensacintrmica provocada por el entorno como desagradable.

Fig.8.1Voto medio estimado (PMV) y Porcentaje de perso-nas insatisfechas (PPD) Oficinas FINAC 05 de Junio de 20087:26 am a 6:00pm

Para realizar la evaluacin de estos parmetrosse aplic la herramienta Predicted Mean Vote (A. J.March) sobre los datos de emperatura del aire yHumedad relativa. La temperatura radiante fue

calculada por el programa.

vestimenta, la tasa metablica, la temperatura del aire,la temperatura radiante media, la velocidad relativa delaire y la humedad relativa o la presin parcial del vaporde agua, se calculan dos ndices denominados Voto medioestimado (PMV) y Porcentaje de personas insatisfechas(PPD), valores ambos, que aportan informacin clara yconcisa sobre el ambiente trmico; este modelo el equili-brio trmico depende de la actividad fsica, de la vesti-menta, y de parmetros ambientales como: la temperaturadel aire, la temperatura radiante media, la velocidad delaire y la humedad del aire.


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Fig 8.2.Voto medio estimado (PMV) y Porcentaje depersonas insatisfechas (PPD) Oficinas FINAC 05 de Junio de2008 - 14:27

Segn las recomendaciones de la ASHRAE elvoto medio estimado debe oscilar entre +/-, sepuede decir que si las condiciones al interior de la

oficina son insatisfactorias para ms del delos ocupantes, la edificacin est respondiendoinadecuadamente a las condiciones de cargatrmica de las oficinas y/o a las condiciones devariacin del clima en un da en Bogot. Este resul-tado coincide y contrasta con las opiniones expre-sadas por los ocupantes de la oficina en la encuestarealizada. Se tiene entonces un ndice represen-tativo para validar simulaciones posteriores deopciones de mejoramiento (diseo arquitectnicode estrategias).

Se identifica la emperatura del Aire como

variable principal de afectacin en el medioambiente trmico de la oficina. La carga trmicagenerada por ocupantes y equipos se incrementaa lo largo las horas de sol del da. Es necesariocontrolar el crecimiento de esta carga.

4. PONDERACIN DE LOS RECURSOSENERGTICOS EXISTENTES EN ELELEMENTO ARQUITECTNICO

SIMULACIN LUZ NATURAL

Con el fin de cuantificar y visualizar la ilumi-nacin natural en el interior de la oficinase hizo una simulacin lumnica utilizando elprograma Daylight Anlisis ECOEC como semuestra en la fig. . mediante la cual se observaque esta ilumina efectivamente las reas contiguasa las fachadas hasta una distancia mxima de ,my adems con la morfologa actual se ve interrum-

pida por las divisiones de oficina.Buscando incrementar la cantidad de ilumina-

cin natural se plantea un cortasol de cm de unmaterial reflectivo en el exterior cm debajo deltecho con lo cual se mejora significativamente la

distribucin de la iluminacin natural (ver Fig. .)teniendo en cuenta que se consider que la oficinano tiene divisiones interiores y que esta con en elinterior cuenta con una pintura clara.

Simulacin luz natural

Con el fin de cuantificar y visualizar la distribu-cin de la luz natural en el interior de las oficinasse aplic la herramienta de simulacin DaylightAnlisis ECOEC, con base en los datos del levan-tamiento arquitectnico de las oficinas FINAC.

Fig. 9.1Primera Simulacin de las condiciones actuales delas oficinas FINAC

En la primera simulacin se observa como la luzse distribuye en los costados del borde acristaladode las oficinas con variaciones que dependen delrea y altura de las ventanas; ilumina efectiva-mente las reas contiguas a las fachadas hasta unadistancia mxima de ,m; se ve interrumpida porlas divisiones de oficina.

Se plantea la opcin de eliminar las divisionesde las oficinas para estimar cual es la mxima

iluminacin natural que se podra aprovechar.


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Fig. 9.2Segunda Simulacin de las condiciones propuestasde las oficinas FINAC

En la segunda simulacin se observa la distri-bucin interna de la luz natural sin divisiones

interiores y pintura clara. Se observa claramenteel recurso disponible el cual se pretende aprove-char en el diseo. Se aprovechara a una distanciamxima de la fachada de , m. Buscando incre-mentar la cantidad de iluminacin natural seplantea un cortasol de cm de ancho a lo largode la fachada traslcida, de superficie reflectivaubicada en el lado exterior, cm debajo del techo,estrategia que mejora la distribucin interior de laluz capturando la radiacin vertical.

CLCULO - CARGAS TRMICAS:

Para ilustrar las diferencias de temperatura exis-tentes entre el interior y el exterior se construyun grfico comparativo de temperaturas de bulboseco con base en fuentes de datos IDEAM y lasmediciones tomadas en las oficinas el de junio de; teniendo en cuenta que los datos del IDEAMsolo reportan tres valores diarios se utiliz comocomplemento la base de datos en lnea WeatherUn-derground.com que ofrece registros a lo largo delda; se incluye la temperatura registrada en la

terraza del edificio, y la temperatura promedio enel interior de las oficinas

Con base en estos datos se realiz una evalua-cin de la distribucin de las cargas trmicas paraidentificar el factor o los factores que de mayorincidencia en los aportes de calor al espacio interiorde las oficinas.

Condiciones exteriores: Temperatura de bulboseco: C ( F); Temperatura de bulbo hmedo:C ( F); Latitud: '; Altitud: msnm.

COMPARACIN TEMPERATURAS

T ReportadaT terraza

T media

oficinas

T Apto. Dorado

Hora del da

30.00

25.00

20.00

10.00

15.00

5.00

0.00

0 5 10 15 20 25

Fig.10 Comparativo de temperaturas contexto oficinasFINAC

Las diferencias de T entre el Aereopuerto (rosa)y la Terraza del las oficinas FINAC (azul oscuro) yaun las diferencias de T entre la terraza y el inte-rior (amarillo) muestran la existencia de recursopara disminuir la temperatura interior.

Clculo de cargas trmicas

Distribucin de la carga trmica - La oficinacomo un conjunto

Factor de mayor incidencia - calor disipado porlos ocupantes del lugar; segundo factor: equipos

de cmputo, sugiere revisar el nmero de personaspor metro cuadrado, el calor disipado por losocupantes entra en relacin directa con el calordisipado por los equipos de cmputo que cadapersona utiliza. La suma de estos dos factoresrepresenta el , del total de la carga trmica;tercer factor: la iluminacin artificial; tercer factor:divisiones interiores .

Zone #1

Net Gain60,543 Btuh

Lighting - 27,34%

Partition - 6.81%

People - 40.14%

Equipment - 32.16%

Fig. 11.1Ganancia Trmica Total de las oficinas FINAC


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Zone #1

Loss29,383

Btuh

Wall - 0.79%

Glass - 85.18%

Partition - 14.03%

Fig.11.2 Prdida trmica total oficinas FINAC

Los elementos de disipacin de calor: vidrio(ventanera) .; particiones .. El vidrio

se presenta como principal elemento de disipa-cin de calor sin embargo el calor se encuentraatrapado en el interior en las horas pico. Es nece-sario disear elementos disipadores de calor quepermitan incrementar o disminuir la ventilacinde acuerdo a las condiciones cambiantes delcontexto analizado.

Los anlisis anteriores sugirieren una modifica-cin arquitectnica importante que optimice:

La cantidad de espacio (m) por persona enrelacin a los actuales; el recurso de luz natural;el recurso de ventilacin natural; la seleccin de

materiales de superficies internas; las eleccin detecnologas de luminarias de menor consumo elc-trico que reduzcan el aporte de calor al ambienteinterior; utilizar formas eficientes para disminuirlas cargas trmicas en esta oficina, usar equipos decmputo eficientes al mismo tiempo reduciendo elconsumo energtico.

5. PROPUESTAS DE DISEO:

El diagnstico ambiental presentado rene

una serie de herramientas mentales ytecnolgicas de un equipo interdisciplinario cuyasconclusiones generaron una propuesta de Jerar-quas de intervencin de diseo ambiental en unaoficina. Se busca un balance entre los elementos.Se busca la manera de mitigar cargas y aprovecharrecursos en el diseo pasivo.

Recomendaciones preliminares para la solucin dediseo en cuanto su orden jerrquico iniciando pordiseos de menor impacto para el usuario que nospermitan ir evaluando resultados

emperatura. Control de calor radiante(superficies y materiales). Retiro de tapetesy acabados de lana. La lana genera una cargatrmica dada su capacidad de absorber calory su velocidad de transmitirlo por radiacininfrarroja. Definicin de cambios de material yacabado de superficies.

Reubicacin y redimensionamiento de panelesdivisorios. El panel divisorio captura el airecreando unidades cerradas de calentamientoproducido por radiacin (iluminacin, equipos,personas) y conveccin (propagacin de calor

a travs del aire). Al subdividir el espacio concerramiento de piso a techo se generan pequeasislas de calor es decir calor que no puedeevacuar. Se propone entonces el diseo de islasflotantes de trabajo que remplacen los recintosexistentes segn estudio de distribucin enplanta y corte de los paneles mnimos necesariospara limitar reas acsticas y por actividad.

Sistema de ventilacin natural. Se defineun sistema de ventilacin que aprovecha lospermetros de fachada como entrada y salidaetapas:a. sistema de entrada y salida de aire

a travs de las fachadas: teniendo en cuentalas necesidades de volumen, caudal y cambiosnecesarios de aire de acuerdo al nmero deocupantes; b. diseo de las reas de entradasy salidas en fachada teniendo en cuenta lascondiciones de calidad del aire exterior en losdos costados del edificio (oriente, occidente).

Sistema de evacuacin de aire: optimizar lassuperficies de paredes internas y el espaciodel cielorraso con el fin de permitir un flujopermanente y regulable de aire. Este flujodebe actuar como arrastre del aire. El aire que

circula por el cielorraso no debe penetrar en laoficina ya que est contaminado y trae ruido.Para alimentar el sistema de aire ascendente alcielorraso se deben colocar tubos filtro de accesode aire a la oficina a nivel del suelo.

Sistema de evacuacin de calor: Desarrollode una tecnologa de disminucin de latemperatura ascendente en las horas crticas.Implica la profundizacin en mecanismostrmicos de calor sensible y calor latente.


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RESULTADOS GENERALES

Interdisciplinariedad: Se parti de la miradaarquitectnica buscando el rea espaciocomo problema inicial. Se construy con base en

diferentes las miradas sobre un mismo problemacoordinadas en Arquitectura. La interaccinpropici el flujo de datos y metodologas de unsubgrupo al otro.

rabajo en grupo: Conformacin de ungrupo interdisciplinario sostenible en sufuncionamiento. Cada lder Arquitectura,Ingeniera, Fsica tuvo un aprendiz e trabajo- un estudiante de pregrado. Este estudiantepertenece al grupo durante su carrera y hastaque lo desee construyendo sobre lo heredado.

Profesin: introduccin del Medio Ambiente

rmico como nuevo campo de comprensinpara el Arquitecto. Nuevas razones de diseoen Arquitectura. El Arquitecto hace uso de laherramienta tecnolgica.

Hbitat: Identificacin de un campo de accin enla intervencin de edificaciones existentes.

Generacin de conocimiento: Adelantos en laconstruccin de un correctivo al modelo de V.Olgyay y la Carta Psicromtrica.

Metodologas del diseo bioclimtico condiversas herramientas de anlisis.

Conocimiento y aplicacin: Diversificacin en

la aplicacin del concepto original Kotaiiki -anlisis del borde de la edificacin, anlisis detendencia.

Identificacin de un nuevo contexto ambientalcolombiano: Oficinas existentes Bogot.

REFLEXIN AL TTULO DE LAINVESTIGACIN

Un proceso de diseo total y sostenible seinicia con la existencia de un problema y la

conformacin de un ambiente interdisciplinario El problema nos muestra un contexto en el

hbitat que debemos enunciar (identificar,analizar, diagnosticar , proponer)

El grupo de trabajo interdisciplinario generaun proceso de diseo total y sostenible cuandocada conclusin del diagnstico es propositivaes decir que induce a una propuesta de solucintcnica y espacial que se pueda evaluar

El siguiente paso en este proceso es sustentarlas propuestas re-entendiendo los fenmenos y

necesidades diagnosticados y re-proponiendo(iteracin)

Esto nos debe llevar a identificar los productos ysistemas que componen la solucin de diseo

Cada componente de esta solucin de diseo

deber iniciar su proceso de diseo especializadocon encuentros peridicos del equipointerdisciplinario que garanticen integralidad enel resultado final.

REFERENCIAS

E. Caro, C. Delgado, C. Roa, El espacio delmbito (Kotaiiki) colombiano, DIB, Univer-sidad Nacional de Colombia, . -El Espaciodel mbito (KI) Colombiano. ENCAC

Anais ix encontro nacional v encontro latinoamericano de conforto no ambiente construidopp. - Agosto

D. Andrews, -An Introduction to AtmosphericPhysics, Cambridge. University Press.pp..

J. U. Duncombe, -Infrared navigationPartI: An assessment of feasibility (Referencia deartculo en publicacin peridica), IEEE rans.Electron Devices, vol. ED-, pp. , Enero.

VVE. Caro, El espacio del mbito kotaiik)(ttulooriginal en japons), tesis doctoral, Facultadde Ingeniera, Departamento de Arquitectura,Universidad Nacional de Kyushu, UNK, Japn.

V. Olgyay, Arquitectura y Clima, PrincentonUniversity Press, .

W. Elmore, Physics of Waves, Dover Publica-tions, .

Ando Shoichi, otros -Architecture for aSustainable Future, Architectural Institute ofJapan AIJ,


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RESUMEN

El artculo presenta el proceso de diseo orientado a darlesolucin a una de las problemticas a la que se han visto avocadoslos pequeos recicladores debido a las nuevas disposicionesnormativas ambientales para el manejo y trnsito de residuos porlas vas de las ciudades.

INTRODUCCIN

El transporte de residuos slidos siempre ha sido un problemade transporte a travs de la historia y la gente de escasos recursos

ha hecho de este su fuente de ingresos. En la actualidad estaopcin de negocio se est viendo amenazada por la normatividadque normaliza y penalizan a las personas que realicen la reco-leccin y transporte indebido de residuos slidos, poniendo enpeligro el empleo y el por ende bienestar de personas humildes.eniendo en cuenta lo anterior a solicitud de la cooperativa derecicladores VIDAKEN se pretendi disear y construir unasolucin alternativa al transporte de residuos slidos reutiliza-bles teniendo en cuenta aspectos normativos, y que pueda ser unrecurso econmicamente viable para los potenciales usuarios delmismo.

Diseo de un Vehiculo Alternativo para elTransporte de Residuos Solidos Recuperables

Miller Camargo

[email protected]

Sergio Ochoa

[email protected]

M.sc. Vctor Ruz

[email protected]


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1. MARCO REFERENCIAL

Con el fin de realizar una propuesta siguiendoun modelo de diseo de Pahl y Beltz seestableci un anlisis de informacin basado en

los aspectos que afectan el desempeo del vehculotales como, las caractersticas del material a trans-portar, el terreno por el que circular, la normati-vidad que se pueda aplicar a la posible solucin ylos costos asociados.

MATERIALES A TRANSPORTAR

El lugar de recoleccin son bodegas destinadaspara el reciclaje en conjuntos residenciales otambin denominadas shut de fcil acceso para

vehculos en los cuales se hace una preseleccin delos materiales entre los cuales encontramos: papel,cartn, plstico, aluminio.

Estos materiales se preseleccionan en la fuentelo cual facilita el transporte por venir separadospor tipo de material y secos en su gran mayora, de estar contaminados con residuos orgnicos ,qumicos o artificiales se da otro destino y no serntransportados en todo caso se empacan en bolsasplsticas para evitar el goteo de material que posi-blemente este hmedo.

TERRENO

Fig. 1.Descripcin de lmites por UPZ.

La recoleccin se realiza en la localidad deBogot, (Kennedy); ver figura , y en particularlas upz (castil la), upz (Kennedy central), upz (intal norte), upz (Calandaima), upz

(Corabastos), upz (Gran britalia), upz (patiobonito) las cuales se caracterizan por ser terrenollano y con una buena malla vial est rodeada porvarias avenidas las cuales facilitan el cubrimientode las rutas de recoleccin entre las avenidas ms

importantes encontramos : la av. ciudad de Cali, av.primero de mayo, av. , av. intal, av. Boyac , av.de las Amricas.

El trabajo de recoleccin se realiza en la parteoccidental de la localidad. (Ver figura )

Aunque la localidad cuenta con una buena mallavial, la movilidad decrece al ser muy alto el nmerode vehculos que circulo en estas rutas por lo tantose muestra inconveniente a la hora de escogerun vehculo motorizado como alternativa para eltrabajo de reciclaje.

Fig. 2.Mapa de recoleccin. Fuente googleearth

Podemos mencionar que dichas avenidascuentan con ciclo rutas construidas paralelamentelo que hace conveniente y aprovechable el uso devehculos de traccin a pedal.

Si bien la norma de construccin de ciclo rutas

menciona una medida de , metros y entre ,a , metros por carril de cada carril de ciclo rutase ha podido evidenciar que en algunos lugares dela localidad dichos carriles llegan incluso a medirentre , y metro lo cual disminuye la capacidadde movilidad de los vehculos que deben transitarpor ella.


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A este tipo de transporte corresponden casoscomo el de quien camina por aceras o veredasdesde su casa o trabajo o el que alcanza el mismofin utilizando bicicletas, caballos, carretas o lasllamadas zorras transportando carga, se puede

incluir tambin a la seora que con un canastotransporta sus mercanca, es decir en esta cate-gora se pueden incluir todas aquellas actividadesde trasporte que se realizan en ciudades o regionesde Amrica latina y para las cuales los gobiernoso autoridades locales no ofrecen ningn apoyoni cooperan en su organizacin, estas se generancomo respuesta a las necesidades diarias de laspersonas que por alguna razn no pueden utilizarautomotores pero tienen la necesidad de trans-portar algo, adems este sistema informal detransporte a pesar de ser utilizado por la mayora

de poblacin utiliza apenas una fraccin de losrecursos que utiliza el sistema formal.

Ventajas:

Sirve a una mayora, bajo costo de adquisicin,bajo costo de mantenimiento, utiliza mecanismossin mayor complejidad, usa energa muscular,necesita oca infraestructura, disminuye la depen-dencia tecnolgica y econmica, es ecolgicamenteinofensivo, practicidad de manejo, no se requierenpermisos para manejarlo, utiliza una fraccin

de los recursos empleados por el sistema formal,puede utilizar vas alternas al trfico formal.

Desventajas:

No es planificado, es ineficiente en terreno incli-nado, capacidad de carga limitada.

NORMATIVIDAD

El vehculo ser diseado segn las normas

tcnicas colombianas las cuales sern: NC (relacionada con ensamble de marco Y tenedor parabicicletas) NC (relacionada con los requisitosgenerales para triciclos destinados a La movili-zacin de personas).Estas son las ms cercanas anuestro proyecto ya que no hay una norma tcnicaprecisa que nos guie en este proceso.

Como norma de transito se debe tener en cuentalos artculos y del captulo V del cdigo detrnsito terrestre.

Para el manejo de residuos la norma vigente es

el artculo de la ley del de diciembre delao o conocida tambin como comparendoambiental.

2. DISEO DE LA SOLUCIN

Requerimientos de la especificacin

El vehculo debe ser diseado teniendo comobase los requerimientos del solicitante, lanormatividad de trnsito y las normas tcnicas quetengan una posible influencia en l; no obstante esde gran importancia tener en cuenta que por serun vehculo econmico, de fcil manejo, de fcilmantenimiento y practicidad ser conveniente quela potencia suministrada provenga de la traccin

humana, su costo mximo ser de .pesosEl vehculo transportar un peso mximo de

kg de material reciclable, ser utilizado parapersonas de baja potencia muscular, debe serLiviano, los mecanismos no deben ser complejospara facilitar su mantenimiento, se debe aprove-char al mximo su volumen de carga.

El vehculo debe cubrir el recorrido en unavelocidad promedio de km/h, no debe requerirpermisos especiales para su uso o conduccin.

3. GENERACIN DE SOLUCIONES

Debido al estudio realizado en las etapasanteriores se concluy que el prototipo serbasado en un triciclo de transportar personas,ya que se encuentra normalizado por el Icontecsegn la NC , la geometra del cuadro estligado a la NC ,lo cual nos puede dar buenosfundamentos para su diseo tambin, al ser funda-mentado en un vehculo de pedal genera muchasventajas; sus partes son econmicas, de fcil

mantenimiento, fcil adquisicin y por cubrir granparte de los requerimientos del proyecto.

Se estudiaron varias opciones de chasis con elfin de seleccionar el adecuado para esta labor enla cual la carga ser llevada en la parte trasera yaque mejora la maniobrabilidad y la visibilidad delconductor.

La transmisin bsicamente consta de unmecanismo de pedal tipo bicicleta de montaael cual proporcionar una multiplicacin depotencia variable debido a su combinacin de


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Diseo de un vehculo alternativo para el transporte de residuos slidos recuperables

cambios esto teniendo en cuenta la normati-vidad establecida(NC ) en la cual tambinse incluyen parmetros para la localizacin deelementos de seguridad vial tales como elementosrefractivos. De igual manera se realizara un

estudio de costos para evaluar la viabilidad delproyecto.La forma del contenedor ser la de un papale-

leppedo pretendiendo obtener el mayor volumenposible y estar cerrado por material sinttico talcomo: vinilo, cartn plstico, lona, etc. buscandoimpermeabilidad, bajo costo, durabilidad, esttica yaislamiento visual del material transportado.

4 .ANLISIS DE SOLUCIONESDESARROLLADAS

El anlisis se hizo teniendo en cuenta variosprototipos de los cuales se analizaronaspectos tales como los requerimientos del solici-tante, maniobrabilidad, capacidad del contenedor,medidas generales, resistencia, economa.

Inicialmente se generaron propuestas sin teneren cuenta la normatividad (Figura ).

Fig. 4Diseo 1

eniendo en cuenta las normas tcnicas y lareglamentacin de trnsito y transporte terrestrede Colombia que aplicaban para el diseo sepropuso un nuevo diseo

Fig. 5 Diseo 2 elaborado en CAD.

Se realizaron anlisis por elementos finitos a las

partes sometidas a esfuerzos, utilizando CosmosWorks

Fig. 6Anlisis por elementos finitos marco Propuesta 1.

El anlisis de las propuestas fue realizado desdesus elementos principales hasta vincular la tota-lidad de componentes de la estructura del conte-nedor.

Fig. 7 Anlisis por elementos finitos marco Propuesta 2.


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Fig. 8 Anlisis por elementos finitos contenedor.

El contenedor se analiz con diferentes perfilesy varios calibres de los mismos segn el catlogo detubera de Colmena lo que arroj distintos valoresde tensin (Figura , figura ) y factor de segu-ridad (Figura ).

Fig.9Representacin de Fuerzas y de Momentos.

Se dividi la Fuerza normal (Figura ) en dos

(Fn/) debido a que la fuerza est soportada endos ruedas ubicadas equidistantemente en el eje Z(Figura ).

Se determin la velocidad lineal mxima como Km/h, por requerimiento del solicitante y de losconductores como velocidad promedio aplicada.

De igual manera se calcul la transmisin segnla NC por la cual se utilizarn cambios debicicleta lo cual nos aporta posibles combina-ciones; por lo tanto varias relaciones de transmi-sin expresadas a continuacin en la tabla .

14z 16z 18z 21z 24z 28z

28z 0.5 0.57 0.64 0.75 0.85 1

38z 0.36 0.42 0.47 0.55 0.63 0.73

48z 0.29 0.33 0.375 0.43 0.5 0.58

Tabla 1Relaciones de transmision

Es importante para los clculos tener claros lasdistintas caractersticas que presentan los piones,las cuales sern de gran importancia en los clculosrealizados; estas caractersticas estn registradas enlos catlogos proporcionados por los fabricantes decomponentes para bicicletas.

El conductor debe ejercer una fue

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