UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE … · 2020. 10. 9. · iii APROBACIÓN DEL TUTOR En mi calidad de Tutor del Trabajo de Titulación, presentada por CRISTIAN JAVIER PESANTES

i

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA

CARRERA DE INGENIERÍA EN DISEÑO INDUSTRIAL

Diseño y fabricación de una máscara de protección facial deportiva para traumas

nasales con materiales compuestos a partir de imágenes médicas DICOM del cráneo

Trabajo de titulación modalidad Proyecto Integrador, previo a la obtención del título

de Ingeniero en Diseño Industrial.

AUTOR: Pesantes Erazo Cristian Javier

TUTOR: Ing. Jorge Mauricio Fuentes Fuentes MSc.

Quito, 2020

ii

DERECHOS DE AUTOR

Yo, Cristian Javier Pesantes Erazo en calidad de autor y titular de los derechos morales y

patrimoniales del trabajo de titulación DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA MÁSCARA DE

PROTECCIÓN FACIAL DEPORTIVA PARA TRAUMAS NASALES CON MATERIALES

COMPUESTOS A PARTIR DE IMÁGENES MÉDICAS DICOM DEL CRÁNEO, modalidad

Proyecto Integrador, de conformidad con el Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE LA

ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN,

concedo a favor de la Universidad Central del Ecuador una licencia gratuita, intransferible y no

exclusiva para el uso no comercial de la obra, con fines estrictamente académicos. Conservando a

mi favor todos los derechos de autor sobre la obra, establecidos en la normativa citada.

Así mismo autorizo a la Universidad Central del Ecuador para que realice la digitalización y

publicación de este trabajo de titulación en el repositorio virtual, de conformidad a lo dispuesto en

el Art. 114 de la Ley Orgánica de Educación Superior.

El autor declara que la obra objeto de la presente autorización es original en su forma de expresión

u no infringe el derecho de autor de terceros, asumiendo la responsabilidad por cualquier

reclamación que pudiera presentarse por causa y liberando a la Universidad de toda

responsabilidad.

Cristian Javier Pesantes Erazo

CC. 1722001581

Correo electrónico: [email protected]

mailto:[email protected]

iii

APROBACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de Tutor del Trabajo de Titulación, presentada por CRISTIAN JAVIER

PESANTES ERAZO para optar por el Grado de Ingeniero en Diseño Industrial; cuyo título es:

DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA MÁSCARA DE PROTECCIÓN FACIAL

DEPORTIVA PARA TRAUMAS NASALES CON MATERIALES COMPUESTOS A

PARTIR DE IMÁGENES MÉDICAS DICOM DEL CRÁNEO, considero que dicho trabajo

reúne los requisitos y méritos suficientes para ser sometido a la presentación pública y evaluación

por parte del tribunal examinador que se designe.

En la ciudad de Quito, 19 del mes de febrero de 2020

Ing. Jorge Mauricio Fuentes Fuentes Msc.

DOCENTE-TUTOR

CC. 1710803949

Correo Electrónico: [email protected]

mailto:[email protected]

iv

DEDICATORIA

El presente proyecto se lo dedico principalmente a Dios, quien como guía estuvo presente en

el caminar de mi vida, bendiciéndome y dándome fuerzas para continuar con mis metas

trazadas sin desfallecer.

A mi madre Elena Erazo, por ser el pilar más importante y por demostrarme siempre su cariño,

compresión, amor, paciencia, confianza y apoyo incondicional en todo momento.

De manera especial a mi hermana Maribel quien ha compartido grandes momentos de mi vida

y a mi novia Fernanda, quien ha sido un apoyo en los momentos difíciles, por sus palabras de

aliento, amor y motivación para seguir adelante.

Finalmente quiero dedicar a mis amigos y profesores que ocupan un lugar en mi corazón,

quienes han formado parte de todo mi crecimiento tanto personal como profesional y han

contribuido de alguna forma para lograr esta meta.


v

AGRADECIMIENTOS

Mi agradecimiento a Dios por darme la oportunidad de vivir esta etapa muy importante de mi

vida, a mi madre Elena Erazo que ha sabido darme su ejemplo de trabajo y honradez.

Un especial agradecimiento al Ingeniero Mauricio Fuentes quien, con su experiencia,

conocimiento, que gracias a sus consejos y dedicación en la colaboración del proyecto. A los

profesores que me han visto crecer como persona, y gracias a sus conocimientos hoy puedo

sentirme dichoso y contento.

A mi novia, amigos y familiares quienes con sus palabras de aliento y preocupación me han

demostrado su cariño y amor sincero.

Finalmente, a la Universidad Central del Ecuador, por permitirme ser parte de ella y

enriquecerme de conocimiento.


vi

CONTENIDO

DERECHOS DE AUTOR .......................................................................................................... ii

APROBACIÓN DEL TUTOR .................................................................................................. iii

DEDICATORIA ....................................................................................................................... iv

AGRADECIMIENTOS...............................................................................................................v

CONTENIDO ........................................................................................................................... vi

LISTA DE TABLAS .............................................................................................................. xvii

LISTA DE FIGURAS ..............................................................................................................xix

LISTA DE ANEXOS ............................................................................................................. xxiv

REUSMEN ............................................................................................................................. xxv

ABSTRACT .........................................................................................................................xxvii

INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................1

CAPÍTULO I ..............................................................................................................................3

DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ...............................................................................................3

1.1. Antecedentes ..........................................................................................................3

1.2. Planteamiento del Problema ...................................................................................6

1.3. Formulación del Problema .....................................................................................7

1.4. Objetivos Generales ...............................................................................................7

1.4.1. Objetivos Generales ...............................................................................................7

1.4.2. Objetivos Específicos .............................................................................................7

vii

1.5. Justificación ...........................................................................................................7

1.6. Alcance y Limitaciones de la Propuesta .................................................................8

CAPíTULO II ........................................................................................................................... 10

MARCO TEÓRICO .................................................................................................................. 10

2.1. Máscara ............................................................................................................... 10

2.1.1. Máscara de protección facial integral ................................................................... 10

2.1.2. Máscara de protección facial deportiva................................................................. 10

2.1.2.1. Necesidad de la máscara de protección facial deportiva .................................... 11

2.2. Otorrinolaringólogo ............................................................................................. 11

2.3. Cirujanos maxilofaciales ...................................................................................... 11

2.3.1. Trauma maxilofacial ............................................................................................ 12

2.3.1.1. Fracturas del complejo nasal ............................................................................. 12

2.3.1.1.1. Clasificación de las fracturas nasales ............................................................. 13

2.3.1.1.1.1. Fracturas deprimidas o con hundimiento antero-posterior............................. 13

2.3.1.1.1.2. Fracturas lateralizadas o con desviación lateral ............................................ 13

2.3.1.1.1.3. Fracturas asociadas o complejas ................................................................... 14

2.3.1.1.1.3.1. Fracturas naso-etmoidales ......................................................................... 14

2.3.1.1.1.3.2. Fracturas naso-frontales ............................................................................ 15

2.3.1.1.1.3.3. Fracturas naso-canto-interno lagrimales .................................................... 16

2.3.1.1.1.3.4. Fracturas naso-maxiliares .......................................................................... 17

viii

2.3.1.1.1.3.5. Fracturas naso-canto-lágrimo-órbito-maxilares.......................................... 17

2.3.1.1.1.3.6. Fracturas naso-canto-lágrimo-máxilo-malares ........................................... 18

2.3.1.1.2. Fracturas de la pirámide nasal ....................................................................... 18

2.3.1.2. Diagnóstico de las fracturas nasales .................................................................. 18

2.3.1.3. Tratamiento de los traumatismos nasales .......................................................... 19

2.3.1.3.1. Reducción cerrada ......................................................................................... 19

2.3.1.3.2. Reducción abierta ......................................................................................... 21

2.3.1.3.3. Fracturas nasales en los niños ........................................................................ 22

2.3.1.3.3.1. Férula para la nariz....................................................................................... 22

2.4. Materiales compuestos ......................................................................................... 23

2.4.1. Clasificación de los materiales compuestos .......................................................... 24

2.4.1.1. Reforzado con partículas .................................................................................. 24

2.4.1.1.1. Materiales compuestos con materiales grandes .............................................. 24

2.4.1.1.2. Materiales compuestos consolidados por dispersión ...................................... 24

2.4.1.2. Reforzado con fibras......................................................................................... 25

2.4.1.2.1. Influencia de la longitud de la fibra ............................................................... 25

2.4.1.2.2. Influencia de la orientación y de la concentración de la fibra ......................... 26

2.4.1.2.2.1. Material compuesto con fibras continuas y alineadas ................................... 26

2.4.1.2.2.2. Materiales compuestos con fibras discontinuas y alienadas .......................... 27

2.4.1.2.2.3. Materiales compuestos con fibras discontinuas y orientadas al azar .............. 27

ix

2.4.1.2.3. Fibras y matrices ........................................................................................... 28

2.4.1.2.3.1. Fibras de carbono ......................................................................................... 29

2.4.1.2.3.2. Fibras de vidrio ............................................................................................ 29

2.4.1.3. Estructural ........................................................................................................ 30

2.4.1.3.1. Materiales compuestos laminares .................................................................. 30

2.4.1.3.2. Paneles sándwich .......................................................................................... 31

2.4.2. Materiales compuestos comparados con materiales convencionales ..................... 32

2.4.3. Cálculo de las propiedades de un material compuesto .......................................... 33

2.4.3.1. Densidad .......................................................................................................... 33

2.4.3.2. Módulo ............................................................................................................. 33

2.4.3.3. Fuerza .............................................................................................................. 34

2.4.3.4. Calor específico ................................................................................................ 35

2.5. Clasificación de las resinas................................................................................... 35

2.5.1. Resinas de poliéster .............................................................................................. 35

2.5.2. Resinas de viniléster............................................................................................. 36

2.5.3. Resinas epoxi ....................................................................................................... 36

2.5.4. Resinas de ésteres cianato .................................................................................... 37

2.5.5. Resinas polieteramida .......................................................................................... 37

2.5.6. Resinas fenólicas.................................................................................................. 37

2.6. Método de fabricación para plásticos con fibras de materiales compuestos ........... 38

x

2.7. Selección de materiales ........................................................................................ 40

2.7.1. Límites de atributos e índice material ................................................................... 40

2.7.1.1. Índices materiales cuando los objetivos se unen a restricciones ......................... 41

2.7.1.2. Índice de material para un haz ligero y rígido.................................................... 42

2.8. Análisis de deformación en vigas sometidas a flexión simple ............................... 44

2.8.1. Ecuación diferencial de la elástica ........................................................................ 44

2.9. Imágenes médicas DICOM .................................................................................. 46

2.9.1. La tomografía computarizada ............................................................................... 48

2.9.2. Principios básicos de la tomografía computarizada ............................................... 49

2.9.3. Evolución de la tomografía computarizada ........................................................... 50

2.9.4. Tomografía helicoidal .......................................................................................... 52

2.9.5. Tomografía del cráneo ......................................................................................... 53

2.10. SolidWorks .......................................................................................................... 54

2.10.1. Simulación con SolidWorks ............................................................................. 54

2.10.1.1. Análisis de elementos finitos (FEA) .............................................................. 55

2.10.1.2. Consideraciones de modelado de análisis de elementos finitos ...................... 55

2.10.1.3. Tipos de elementos finitos ............................................................................. 56

2.10.1.3.1. Elementos lineales unidimensionales: Elementos de armadura, viga y límites

56

2.10.1.3.2. Elementos planos bidimensionales: tensión plana, deformación plana, eje

xi

simétrico, elementos de membrana y carcasa ......................................................................... 57

2.10.1.3.3. Elementos de volumen tridimensional: elementos tetraédricos, hexaédricos y

de ladrillo. 57

2.11. Blender ................................................................................................................ 58

2.12. InVensalius .......................................................................................................... 58

2.12.1. Importación DICOM ........................................................................................ 58

2.13. Herramienta QFD ................................................................................................ 59

2.13.1. Orígenes del QFD ............................................................................................. 60

2.13.2. Modo de empleo del QFD ................................................................................ 60

2.13.3. Propósito del QFD ............................................................................................ 60

2.13.4. Matrices del QFD ............................................................................................. 61

2.13.4.1. La casa de la calidad ..................................................................................... 61

2.13.4.1.1. Los QUÉS: la voz del cliente ........................................................................ 61

2.13.4.1.1.1. Modelo de Kano ........................................................................................ 62

2.13.4.1.1.1.1. Necesidades básicas ................................................................................ 62

2.13.4.1.1.1.2. Necesidades de prestaciones .................................................................... 62

2.13.4.1.1.1.3. Necesidades de entusiasmo ..................................................................... 63

2.13.4.1.2. Evaluación competitiva: Importancia para el cliente ...................................... 63

2.13.4.1.3. Vector CÓMOS: característica de diseño ...................................................... 63

2.13.4.1.4. Matriz de relaciones ...................................................................................... 63

xii

2.13.4.1.5. Dificultad organizacional .............................................................................. 64

2.13.4.1.6. Vector cuántos: Objetivo para las características del diseño........................... 64

2.13.4.1.7. Evaluación competitiva técnica ..................................................................... 64

2.13.4.1.8. Ponderación CÓMOS: Importancia técnica de las características del diseño. 64

2.13.4.1.9. Matriz de correlaciones ................................................................................. 65

2.14. Metodología de Diseño y desarrollo de productos de Ulrich ................................. 65

2.14.1. Planeación ........................................................................................................ 65

2.14.2. Desarrollo del concepto .................................................................................... 65

2.14.3. Diseño en el nivel Sistema ................................................................................ 65

2.14.4. Diseño de detalle .............................................................................................. 66

2.14.5. Pruebas y refinamiento ..................................................................................... 66

2.15. Estado del arte ..................................................................................................... 67

2.16. Marco ético y legal............................................................................................... 68

CAPÍTULO III .......................................................................................................................... 70

METODOLOGÍA ..................................................................................................................... 70

3.1. Metodología ................................................................................................................ 70

3.1.1. Fase 1 ...................................................................................................................... 70

3.1.1.1. Planeación ........................................................................................................... 70

3.1.2. Fase 2 ...................................................................................................................... 70

3.1.2.1. Desarrollo del concepto ........................................................................................ 70

xiii

3.1.2.2. Identificación de necesidades del cliente .............................................................. 71

3.1.2.3. Establecer especificaciones objetivo..................................................................... 71

3.1.2.4. Generación de conceptos ...................................................................................... 72

3.1.2.5. Selección del concepto ......................................................................................... 72

3.1.3. Fase 3 ...................................................................................................................... 72

3.1.3.1. Diseño en el nivel sistema .................................................................................... 72

3.1.4. Fase 4 ...................................................................................................................... 73

3.1.4.1. Diseño en detalle .................................................................................................. 73

3.1.4.1.1. Tratamiento de las imágenes médicas DICOM en Invensalius .......................... 73

3.1.4.1.2. Modelado digital en Blender ............................................................................. 73

3.1.4.1.3. Planos............................................................................................................... 73

3.1.4.1.4. Selección de materiales .................................................................................... 73

3.1.4.1.5. Cálculos de Ingeniería ...................................................................................... 74

3.1.4.1.6. Simulación en SolidWorks ............................................................................... 74

3.1.5. Fase 5 ...................................................................................................................... 74

3.1.5.1. Fabricación .......................................................................................................... 74

3.1.6. Fase 6 ...................................................................................................................... 74

3.1.6.1. Pruebas y refinamiento ......................................................................................... 74

CapÍtulo IV ............................................................................................................................... 76

RESULTADOS ........................................................................................................................ 76

xiv

4.1. Resultados Fase 1................................................................................................. 76

4.1.1. Planeación ........................................................................................................... 76

4.1.1.1. Análisis de Producto (Análisis Tipológico) ....................................................... 76

4.1.1.2. Observación en uso .......................................................................................... 79

4.2. Resultados Fase 2................................................................................................. 80

4.2.1. Desarrollo del concepto ........................................................................................ 80

4.2.1.1. Identificación de necesidades del cliente ........................................................... 80

4.2.1.1.1. Diagrama de afinidad de los QUÉS para la matriz QFD ................................ 80

4.2.1.1.2. Método de kano ............................................................................................ 82

4.2.1.1.2.1. Análisis reflexivo del Mapa de atributos ...................................................... 90

4.2.1.1.2.2. Análisis reflexivo de la Curva de atracción................................................... 92

4.2.1.1.3. Diagrama de Ishikawa ................................................................................... 93

4.2.1.1.3.1. Diagrama de afinidad de los CÓMOS para la matriz QFD............................ 96

4.2.1.2. Establecer especificaciones objetivo ................................................................. 97

4.2.1.2.1. Desarrollo de la matriz QFD ......................................................................... 99

4.2.1.2.1.1. QFD de la máscara de protección facial deportiva ........................................ 99

4.2.1.2.1.1.1. Dificultad organizacional ........................................................................ 102

4.2.1.2.1.2. Diagnóstico QFD ....................................................................................... 103

4.2.1.2.1.2.1. Puntos críticos ......................................................................................... 103

4.2.1.2.1.2.2. Conflicto ................................................................................................. 105

xv

4.2.1.2.1.2.3. Importancia técnica ................................................................................. 107

4.2.1.2.1.2.4. Ventaja competitiva ................................................................................ 109

4.2.1.2.1.2.5. Indispensable mejorar ............................................................................. 111

4.2.1.2.1.2.6. Evaluación pobre .................................................................................... 113

4.2.1.2.1.2.7. Matriz de diagnóstico .............................................................................. 115

4.2.1.2.1.2.8. Matriz de especificaciones ...................................................................... 117

4.2.1.3. Generación de conceptos ................................................................................ 119

4.2.1.4. Selección del concepto ................................................................................... 120

4.3. Resultados Fase 3............................................................................................... 126

4.3.1. Diseño en el nivel sistema .................................................................................. 126

4.4. Resultados Fase 4............................................................................................... 128

4.4.1. Diseño en detalle ................................................................................................ 128

4.4.1.1. Tratamiento de las imágenes médicas DICOM en Invensalius ........................ 128

4.4.1.2. Modelado digital en Blender ........................................................................... 129

4.4.1.3. Planos............................................................................................................. 131

4.4.1.4. Selección de materiales .................................................................................. 131

4.4.1.4.1. Selección de materiales para el cuerpo principal de la máscara de protección

facial deportiva132

4.4.1.4.2. Selección de materiales de la parte interior de la máscara de protección facial

deportiva 136

xvi

4.4.1.4.3. Selección de materiales de la parte de sujeción trasera de la cabeza ............. 139

4.4.1.5. Cálculos de Ingeniería .................................................................................... 142

4.4.1.5.1. Elongación del neopreno bajo una carga axial ............................................. 142

4.4.1.5.2. Esfuerzo cortante de la cinta adhesiva velcro ............................................... 144

4.4.1.5.3. Análisis estático del cuerpo principal de la máscara de protección facial

deportiva 146

4.4.1.6. Simulación en SolidWorks ............................................................................. 151

4.5. Resultados Fase 5 ............................................................................................... 155

4.5.1. Fabricación ........................................................................................................ 155

4.6. Resultados Fase 6 ............................................................................................... 159

4.6.1. Pruebas y refinamiento ....................................................................................... 159

CAPÍTULO V ......................................................................................................................... 172

DISCUSIÓN ........................................................................................................................... 172

5.1. Discusión .................................................................................................................. 172

CAPÍTULO VI ....................................................................................................................... 175

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................................................... 175

6.1. Conclusiones ............................................................................................................. 175

6.2. Recomendaciones ..................................................................................................... 176

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 178

ANEXOS ................................................................................................................................ 184

xvii

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Procedimientos de fabricación para plásticos reforzados con fibra............................... 38

Tabla 2. Análisis Tipológico 1 de máscaras de protección facial deportiva ............................... 76




Tabla 6. Referencia Evaluación de Kano ................................................................................. 83

Tabla 7. Interpretación 1 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de kano 84

Tabla 8 Interpretación 2 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de kano. 84

Tabla 9. Interpretación 3 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de kano 85

Tabla 10. Interpretación 4 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de kano

....................................................................................................................................................... 86


....................................................................................................................................................... 87


....................................................................................................................................................... 88


....................................................................................................................................................... 89


....................................................................................................................................................... 90

xviii

Tabla 15. Mapa de atributos de la interpretación de los resultados de la encuesta del método de

Kano ......................................................................................................................................... 91

Tabla 16. Escala de medición de un análisis comparativo ......................................................... 97

Tabla 17. Análisis en función al confort y al material ............................................................... 98

Tabla 18. Escala de medición para la matriz QFD................................................................... 101

Tabla 19. Matriz de especificaciones basada en la matriz QFD ............................................... 117

Tabla 20. Escala de medición para la matriz de especificaciones basada en la matriz QFD ..... 118

Tabla 21. Selección del boceto ............................................................................................... 125

Tabla 22. Análisis tipológico de cintas de sujeción ................................................................. 127

Tabla 23. Análisis de confort de las cintas de sujeción ............................................................ 128

Tabla 24. Parámetros de la parte principal de la máscara deportiva de protección facial para la

selección del material .............................................................................................................. 132

Tabla 25. Materiales para el cuerpo principal de la máscara con el valor del índice (pendiente =

3) ............................................................................................................................................ 134

Tabla 26. Propiedades de la fibra de carbono epoxi / tejido no ondulado con resina ................ 135

Tabla 27. Parámetros de la parte interna de la máscara deportiva de protección facial para la


Tabla 28. Materiales para la parte interior de la máscara con el valor del índice (pendiente = 3)

..................................................................................................................................................... 138

Tabla 29. Propiedades de la espuma polimérica rígida (LD) ................................................... 139

Tabla 30. Parámetros de la parte posterior de la máscara deportiva de protección facial para la


xix

Tabla 31. Materiales de la parte de sujeción trasera de la cabeza con el valor del índice

(pendiente = 1) ........................................................................................................................ 140

Tabla 32. Propiedades del neopreno ....................................................................................... 141

Tabla 33. Propiedades del Caucho sintético ............................................................................ 151

Tabla 34. Evaluación funcional de la máscara......................................................................... 160

Tabla 35. Especificaciones del dinamómetro Kern 283-402 .................................................... 167

Tabla 36. Evaluación dimensional de la máscara .................................................................... 171

xx

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Alambrado Transnasal para Fracturas Nasoetmoidales .............................................. 15

Figura 2. Complejo naso-maxilar (Color azul) .......................................................................... 17

Figura 3. Maniobra para reducir una fractura de nariz mediante pinza Asch ............................. 21

Figura 4. Patrón de deformación en una matriz que rodea a una fibra sometida a un esfuerzo de

tracción ..................................................................................................................................... 25

Figura 5. Representaciones esquemáticas de compuestos reforzados con fibras continuas y

alineadas ................................................................................................................................... 26

Figura 6. Representaciones esquemáticas de compuestos reforzados con fibras discontinuas y

alineadas ................................................................................................................................... 27


orientadas al azar....................................................................................................................... 28

Figura 8. Apilamiento de capas reforzadas en sucesivas orientaciones para construir un material

compuesto laminar .................................................................................................................... 31

Figura 9. Diagrama esquemático de la fabricación de un panel de sándwich con un núcleo en

panal

................................................................................................................................................. 32

Figura 10. Un tirante cilíndrico cargado (a) en tensión, (b) en flexión, (c) en torsión y (d)

axialmente, como una columna ................................................................................................. 41

Figura 11. Una viga de sección cuadrada, cargada en flexión. Su rigidez es𝑆 = 𝐹𝛿 donde 𝐹 es la

carga y 𝛿es la deflexión. ............................................................................................................ 44

Figura 12. Viga sometida a flexión simple ................................................................................ 45

xxi

Figura 13. Momento Flector ..................................................................................................... 45

Figura 14. Criterio de signos del momento flector .................................................................... 46

Figura 15. Trazo descrito por el haz de rayos sobre el cuerpo del paciente en la tomografía

computarizada ........................................................................................................................... 53

Figura 16. Elementos lineales unidimensionales ....................................................................... 56

Figura 17. Elementos planos bidimensionales .......................................................................... 57

Figura 18. Elementos de volumen tridimensional ..................................................................... 57

Figura 19. Modelo de Kano ...................................................................................................... 62

Figura 20. Diagrama de Porcentaje de necesidad - número de entrevistas ................................ 80

Figura 21. Diagrama de afinidad de los QUÉS parte 1. A) Factibilidad de limpieza, B)

Resistente a golpes físicos, C) Que sea liviana, D) Factibilidad de transportación ...................... 81

Figura 22. Diagrama de afinidad de los QUÉS parte 2. E) Anatómicamente precisa al rostro, F)

Evite el sudor, G) Repuestos existentes en el mercado ecuatoriano, H) Especificaciones de uso 82

Figura 23. Curva de atracción ................................................................................................... 92

Figura 24. Diagrama de Ishikawa parte 1. A) Factibilidad de limpieza, B) Que sea liviana, C)

Resistente a golpes, D) Repuestos existentes en el mercado ....................................................... 94

Figura 25. Diagrama de Ishikawa parte 2. E) Anatómicamente precisa al rostro, F) Factibilidad

de transportación, G) Evite el sudor, H) Especificaciones de uso ............................................... 95

Figura 26. Diagrama de afinidad de los CÓMOS parte 1. A) Calidad de piezas, B) Manual de

usuario, C) No genere calor en el interior, D) Diseño computarizado, E) Pesto total, F) Tipo de

material ..................................................................................................................................... 96

Figura 27. Diagrama de afinidad de los CÓMOS parte 2. G) Tamaño total, H) Material interno

suave, I) Resistencia a la flexión, J) Resistente a la tensión, K) Material resistente al agua ........ 97

Figura 28. QUÉS de la Matriz QFD ......................................................................................... 99

xxii

Figura 29. Matriz QFD ........................................................................................................... 100

Figura 30 Dificultad organizacional ....................................................................................... 102

Figura 31. Punto Crítico ......................................................................................................... 104

Figura 32. Conflicto .............................................................................................................. 106

Figura 33. Importancia Técnica .............................................................................................. 108

Figura 34. Ventaja competitiva ............................................................................................... 110

Figura 35. Indispensable mejorar ........................................................................................... 112

Figura 36. Evaluación pobre ................................................................................................... 114

Figura 37. Matriz de diagnóstico ........................................................................................ 116

Figura 38. Mapa mental conceptos de diseño ..................................................................... 119

Figura 39. Estructura funcional. A) Parte principal, B) Subfunciones ................................. 120

Figura 40. Boceto 1 ........................................................................................................... 121

Figura 41. Boceto 2 ........................................................................................................... 122

Figura 42. Boceto 3 ........................................................................................................... 123

Figura 43. Boceto 4 ........................................................................................................... 124

Figura 44. Boceto 5: Soporte de la parte posterior de la cabeza ............................................... 126

Figura 45. Tratamiento de imágenes médicas DICOM del cráneo en el software Invensalius. 129

Figura 46. Modelo 3D del cráneo en el software de uso público Blender ................................ 130

Figura 47. Modelo 3D de la máscara de protección facial deportiva en el software de uso

público Blender ....................................................................................................................... 131

Figura 48. Identificación del conjunto de materiales. Carta de tenacidad a la fractura - densidad

..................................................................................................................................................... 133

Figura 49. Identificación del conjunto de materiales. Carta de agua (fresca)– densidad ........... 135

Figura 50. Identificación del conjunto de materiales tipo espuma. Carta de módulo de elasticidad

xxiii

– densidad ............................................................................................................................... 137

Figura 51. Identificación del conjunto de materiales tipo espuma. Carta de agua (sal)– densidad

..................................................................................................................................................... 138

Figura 52. Identificación del conjunto de materiales tipo espuma. Carta de alargamiento – uso de

agua ........................................................................................................................................ 141

Figura 53. Elongación del neopreno bajo una carga axial ....................................................... 142

Figura 54. Resistencia al corte del velcro ................................................................................ 144

Figura 55. Carga estática ........................................................................................................ 146

Figura 56. Diagrama cortante y Diagrama de momento .......................................................... 147

Figura 57. Simplificación de la forma de la máscara ............................................................... 148

Figura 58. Sujeción fija del cuerpo principal de la máscara de protección facial deportiva ...... 152

Figura 59. Desplazamiento de impacto de la pelota con el cuerpo principal de la máscara de

protección facial deportiva y propiedades ................................................................................ 153

Figura 60. Deformación del cuerpo principal de la máscara de protección facial deportiva.

Análisis de tensión de Von Mises ............................................................................................ 154

Figura 61. Deformación unitaria de la espuma polimérica rígida LD ...................................... 155

Figura 62. Sub- Proceso de fabricación del cuerpo principal de la máscara ............................. 156

Figura 63. Sub - Proceso de fabricación de la parte interna de la máscara ............................... 156

Figura 64. Sub - Proceso de fabricación del cuerpo principal de la correa ............................... 157

Figura 65. Sub - Proceso de fabricación de la cinta adhesiva velcro para la correa principal ... 157

Figura 66. Proceso de unión del cuerpo principal de la máscara y de la parte interior.............. 158

Figura 67. Proceso de unión del cuerpo principal de la correa y de la cinta adhesiva velcro .... 158

Figura 68. Proceso de ensamble del cuerpo principal de la máscara y de la parte principal de la

correa ...................................................................................................................................... 159

xxiv

Figura 69. Validación del peso de la máscara ......................................................................... 162

Figura 70. Validación de impacto con una pelota.................................................................... 163

Figura 71. Absorción de impacto de la espuma polimérica rígida LD ..................................... 164

Figura 72. Absorción de impacto de una esponja flexible ....................................................... 165

Figura 73. Determinación de la fuerza para desprender el velcro ............................................ 167

Figura 74. Validación del diseño digital de la máscara de protección facial deportiva ............. 168

Figura 75. Validación de absorción del agua .......................................................................... 169

Figura 76. Validación que no afecte la respiración la máscara al momento de usarla .............. 169

Figura 77. Validación del tiempo en colocarse la máscara ...................................................... 170

Figura 78. Validación de la visión periférica .......................................................................... 171

Figura 79. Modelo de entrevista ............................................................................................. 185

Figura 80. Encuesta sobre el diseño de la máscara .................................................................. 198

Figura 81. Fabricación de la máscara ...................................................................................... 199

Figura 82. Tolerancias generales ISO 2768 ............................................................................ 200

Figura 83. Ficha técnica de la fibra de carbono ....................................................................... 201

Figura 84. Ficha técnica del neopreno .................................................................................... 202

Figura 85. Ficha técnica cinta adhesiva velcro ........................................................................ 203

xxv

LISTA DE ANEXOS

Anexo A. Entrevista ................................................................................................................ 185

Anexo B. Resultados de la interacción con los usuarios “QUES” de la matriz QFD ................. 186

Anexo C. Resultados de la encuesta aplicando el Método de kano .......................................... 192

Anexo D. Modelo de encuesta ................................................................................................. 198

Anexo E. Proceso de fabricación............................................................................................. 199

Anexo F. Norma ISO 2768 ..................................................................................................... 200

Anexo G. Ficha técnica de la fibra de carbono ........................................................................ 201

Anexo H. Ficha técnica del neopreno ...................................................................................... 202

Anexo I. Ficha técnica cinta adhesiva velcro ........................................................................... 203

Anexo J. Planos Conjunto y detalle......................................................................................... 204

xxvi

TITULO: Diseño y fabricación de una máscara de protección facial deportiva para traumas

nasales con materiales compuestos a partir de imágenes médicas DICOM del cráneo.

Autor: Cristian Javier Pesantes Erazo

Tutor: Ing. Jorge Mauricio Fuentes Fuentes MSc.

REUSMEN

El presente proyecto está centrado en el diseño de una máscara de protección facial deportiva para

traumas nasales a partir de un modelo 3D generado por imágenes médicas DICOM del cráneo, la

misma que es personalizada de acuerdo a la fisonomía del usuario, dichos traumas son las lesiones

más frecuentes en deportistas profesionales y en personas aficionadas que practican algún tipo de

deporte de contacto como son el rugby ,fútbol y el básquet, las causas para producir un trauma

nasal son muy comunes como accidentes deportivos, accidentes de tránsito, agresiones físicas. La

importancia de las máscaras se debe a que la antropometría del rostro humano es única e irrepetible

por eso se utilizó imágenes médicas DICOM del cráneo para poder tener imágenes

anatómicamente precisas al rostro del usuario.

Se trabajó con materiales compuestos debido a que tienen una amplia gama de propiedades

mecánicas además proporciona nuevas posibilidades estéticas gracias a su capacidad de moldear

formas complejas, fluidas y creativas con gran precisión, ofreciendo un ahorro significativo de

peso que proporciona mayor libertad en el diseño.

Se logró alcanzar los objetivos del proyecto mediante la metodología de Karl Ulrich desde el

estudio de los requerimientos y necesidades del usuario hasta la construcción y validación de la

máscara, obteniendo como resultado un producto que cumplió con las expectativas del cliente por

lo que se concluye que es anatómicamente precisa al rostro y de esta manera logra proteger la nariz

de impactos físicos y no afecta el rendimiento deportivo de la persona al momento de usarla.

PALABRAS CLAVE: MÁSCARA DE PROTECCIÓN FACIAL DEPORTIVA /

IMÁGENES MÉDICAS DICOM / ANATÓMICAMENTE PRECISO / MODELADO

DIGITAL 3D.

xxvii

TITLE: Design and manufacture of a sports facial protection mask for nasal traumas with

composite materials from DICOM medical images of the skull.

Author: Cristian Javier Pesantes Erazo

Tutor: Ing. Jorge Mauricio Fuentes Fuentes MSc.

ABSTRACT

The present project is focused on the design of a sports facial protection mask for nasal traumas

from a 3D model of DICOM medical imaging of the skull, the same is customized according to

the physiognomy of the user, these traumas are injuries more frequent in professional athletes and

in amateur people who practice some type of contact sport such as rugby, football and basketball,

the causes for producing a nasal trauma are very common such as sports accidents, traffic

accidents, physical aggressions. The importance of the masks is due to the anthropometry of the

human face is unique and unrepeatable that is why DICOM medical diagnostic images of the skull

are used to be able to have anatomically accurate images to the user's face.

It is needed with composite materials because it has a wide range of mechanical properties, it also

provides new aesthetic possibilities thanks to its ability to mold complex, fluid and creative shapes

with great precision, a significant weight saving that provides greater freedom in design.

The goals of the project were achieved through the Karl Ulrich methodology from the study of the

requirements and needs of the user to the construction and validation of the mask, obtaining as a

result a product that met the client's expectations so it is concluded that it is anatomically precise

to the face and in this way it manages to protect the nose from physical damage and does not affect

the sporting performance of the person when using it.

KEYWORDS: SPORTS FACE PROTECTION MASK / DICOM MEDICAL IMAGING /

ANATOMICALLY ACCURATE / DIGITAL MODELING.

1

INTRODUCCIÓN

Las lesiones nasales en la actualidad es el tercer tipo de trauma más común sufridos por

personas jóvenes que practican algún tipo de deporte de contacto como es el rugby, fútbol y el

baloncesto, este tipo de deportista necesitan contar con una máscara de protección facial para

incorporarse con normalidad a sus actividades recreativas y mejorar su estilo de vida. Para lograrlo

es necesario elaborar una máscara de protección facial deportiva que responda a las necesidades

del usuario.

Según investigaciones realizadas en plataformas virtuales de comercialización de productos

como mercado libre Ecuador y OLX Ecuador, no se encontraron suministros de este tipo de

máscaras de protección facial deportiva. Un factor importante a considerar es el elevado costo de

importación del producto completo y de los materiales para su fabricación.

La aplicación de la tecnología de modelado digital en 3D está encaminada al diseño de este tipo

de productos y deben estar sujetos a los requerimientos y condiciones del usuario, cuya

interpretación de las especificaciones técnicas y de diseño deber ser la idónea tomando en cuenta

el tipo de lesión nasal del beneficiario.

El Diseño Industrial es importante, ya que vincula al proyecto de diseño y construcción de una

máscara de protección facial deportiva para traumas nasales debido a la innovación que tiene por

evitar la toma de medidas antropométricas de la cara del usuario en físico, porque mediante las

imágenes médicas Digital Imaging and Communication On Medicine (DICOM) del cráneo se

puede obtener un modelo en 3D, en el que se trabajara en el diseño la máscara obteniendo como

resultado un diseño anatómicamente preciso al rostro, de esta manera logrará tener un aporte

práctico y teórico en el campo Ingenieria + Diseño + innovación (I+D+i).

2

Para realizar el presente proyecto, se ejecutará por fases a través de la metodología del libro de

Karl Ulrich, que busca desarrollar una máscara de protección facial deportiva con la

implementación de tecnología mencionada anteriormente y así determinar su factibilidad.

3

CAPÍTULO I

DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

1.1. Antecedentes

La pirámide nasal es la estructura más preponderante de la cara, está determina que los traumas

nasales sean las lesiones faciales más frecuentes, llegando a representar el 50% del total (Calderón

Elizondo, 2016).

Según las estadísticas en el año 2012 a nivel mundial los traumas nasales es el tercer tipo de

trauma más común en los seres humanos, de estas fracturas nasales son la complicación más

frecuente de las fracturas faciales en un 14% a 50%, mayormente estas lesiones nasales afectan a

personas jóvenes además el 68% de los traumas nasales tiene predominancia al sexo masculino, la

alta tasa de lesiones por trauma nasal se debe a que es una protuberancia que sobre sale el macizo

facial y es más fácil de lesionar que el resto de la cara, en estos se pueden ver afectadas las partes

blandas, el esqueleto óseo o cartilaginoso y como consecuencia pueden quedar secuelas tanto

funcionales como estéticas en las personas que sufrieron este tipo de daño, de ahí la importancia,

desde el punto de vista Médico legal, de saber cómo valorar estos casos y otorgar el porcentaje

justo y que merecen estas lesiones (Calderón Elizondo, 2016).

Dentro de los traumas de la cara tenemos que los traumatismos nasales, el 40% se producen en

accidentes de tránsito, el 20% se generan en accidentes domésticos, el 15% se da debido a

agresiones físicas, el 14% se suscitan por caídas casuales, mientras que el 3% se ocasionan por

accidentes laborales y 8% representa otros tipos de accidentes (Calderón Elizondo, 2016).

El Instituto Nacional de Estadística y Censo (INEN), informo que Ecuador tiene 17 096 789

habitantes hasta el 13 de octubre de 2018, de los cuales el 41,8% de los ecuatorianos de 12 años

4

en adelante ha sufrido un trauma nasal practicando algún tipo de deporte de contacto (INEN,

2018) y para su recuperación en Ecuador no se cuenta con máscaras de protección facial para

ejercer una actividad normal y deportiva.

En el Ecuador el 24,2% de las personas entre 18 y 59 años dedica a la semana 150 minutos a la

actividad física en su tiempo libre. El 69,2% lo hacen en espacios públicos, el 30,9 en

establecimientos educativos, mientras que el 7,7% lo hace en su propia casa (INEN, 2018).

En su tratamiento inicial se observa un alto porcentaje de deformidad nasal postraumática, que

oscila entre el 14% y 15%, según Calderón Elizondo (2016) se debe a lo siguiente:

a) Edema postraumático.

b) Lesiones septales no diagnosticadas.

c) Escasa colaboración por parte de algunos pacientes.

Las fracturas del esqueleto nasal se encuentran entre los tipos más frecuentes de lesiones

deportivas en la cara, los síntomas y signos de las fracturas nasales son la desviación de los huesos

de la nariz, hematoma y edema de los tejidos blandos (Roald & Maehlum, 2007).

Para un diagnóstico correcto, el médico debe evaluar golpes en la zona de la nariz, movilidad y

crepitación del esqueleto nasal, sangrado, hematoma y disminución del flujo del aire de la nariz.

Las fracturas nasales se diagnostican con radiografías laterales, pero la necesidad de un tratamiento

quirúrgico depende de la evaluación clínica (Roald & Maehlum, 2007).

Se debe derivar al paciente a un especialista de nariz, debe evacuarse el hematoma del tabique,

el tratamiento más frecuente es la reubicación del hueso nasal a cielo cerrado, que deberá realizarse

de inmediatamente de la lesión o 3 a 7 días más tarde, cuando la tumefacción ha cedido, el

5

pronóstico es bueno. El paciente debe usar una férula protectora o una máscara facial durante

cuatro semanas cuando participe en un entrenamiento o competición (Roald & Maehlum, 2007).

Para el arreglo de desplazamiento o fracturas nasales, es posible que el medico pueda volver a

alinear la nariz de forma manual, o quizás necesite someterse a una cirugía

a) Realineación manual. Si la rotura desplaza los huesos y el cartílago de la nariz, es posible que

el médico pueda realinearlos de forma manual, esto debe realizarse dentro de los 14 días

después de que se produjera la fractura, lo recomendable es realizarse antes de este tiempo,

durante este procedimiento el médico realiza lo siguiente:

Administrar medicamentos a través de una inyección o un aerosol nasal para aliviar el

malestar.

Abre las fosas nasales con un espéculo nasal.

Usa instrumentos especiales para ayudar a realinear los huesos y el cartílago roto.

El médico también entablillará la nariz usando compresas y un vendaje por fuera. A

veces, también se necesita una férula interna por un período breve. Las compresas, en

general, deben dejarse dentro de la nariz durante una semana. Además, te van a recetar

antibióticos para prevenir una infección por las bacterias que normalmente se

encuentran en la nariz.

b) Cirugía. Las fracturas, múltiples o graves, que no se traten por más de 14 días no se

consideran candidatas para la realineación manual. En estos casos, puede ser necesaria una

cirugía para realinear los huesos y volver a modelar la nariz.

Si la fractura dañó tu tabique nasal y causa una obstrucción o dificultad para respirar, se

puede recomendar una cirugía reconstructiva. La cirugía se suele realizar como paciente

ambulatorio.

6

1.2. Planteamiento del Problema

De acuerdo a lo mencionado en los antecedentes, es evidente señalar que las fracturas de la

nariz son el resultado de accidentes deportivos, accidentes de tránsito, agresiones físicas y caídas

casuales. Problema que va en crecimiento dentro del país y en el mismo no se cuenta dentro del

mercado local con las máscaras de protección facial deportivas, así mismo no existen empresas a

nivel Nacional que realicen este tipo de máscaras de protección facial deportivas.

Es pertinente mencionar que, ante la falta de accesibilidad, el diseño de estas máscaras de

protección facial que venden en Europa no siempre cumplen con los requerimientos y sugerencias

de la opinión médica, debido a que se realizan con medidas genéricas que no ayudan de una manera

adecuada a la recuperación del paciente por lo que no se adapta a la fisonomía del mismo y por

otro lado radica en el alto costo adquisitivo y el tiempo de llegada al país es lento.

La importancia de las máscaras de protección facial deportivas personalizadas se debe a que

la antropología del rostro humano es única e irrepetible debido a que los rasgos faciales de cada

persona son diferentes, como es el caso del tamaño y forma de la cara, dimensión de los ojos los

cuales pueden estar más separados y que la nariz tenga un mayor volumen siendo más grande y

ancha, por lo tanto se concluye que la fisonomía de cada persona es exclusiva por lo cual el diseño

de la máscara debe adaptase con exactitud y precisión a la simetría del rostro humano, para que

el deportista pueda desempeñarse con normalidad en sus actividades.

Dentro de la exploración se realiza un testeo de la importancia del uso de una máscara de

protección facial deportiva para personas aficionadas al deporte y atletas de alto rendimiento, para

proteger su nariz durante la recuperación de una cirugía nasal y también para cuidar la misma

cuando se encuentre practicando algún tipo de deporte de contacto como es fútbol, baloncesto,

rugby y entre otros deportes.

7

1.3. Formulación del Problema

¿Cómo diseñar una máscara de protección facial deportiva personalizada a partir de imágenes

médicas DICOM del cráneo, para personas aficionadas al deporte y atletas de alto rendimiento, la

cual proteja y garantice el cuidado de la nariz durante la rehabilitación médica y al momento de

practicar algún tipo de deporte de contacto?

1.4. Objetivos Generales

1.4.1. Objetivos Generales

Diseñar una máscara de protección facial deportiva para traumas nasales con materiales

compuestos a partir de imágenes médicas DICOM del cráneo.

1.4.2. Objetivos Específicos

Estudiar los requisitos y necesidades del usuario.

Usar un software de tratamiento de imágenes médicas DICOM para el diseño de una

máscara de protección facial deportiva.

Seleccionar el material compuesto idóneo para la máscara de protección facial

deportiva.

Validar el funcionamiento del diseño de la máscara de protección facial a través de un

software de simulación Computer Aided Engineering (CAE).

Construcción y validación de la máscara de protección facial deportiva

1.5. Justificación

Los deportistas que practican algún tipo de deporte de contacto como es el rugby, fútbol, y el

baloncesto, en los campos de juego donde se practican este tipo de deportes generalmente se

producen lesiones faciales especialmente en la zona de la nariz debido al contacto físico y al

8

impacto de una pelota en el rostro, con el fin de proteger de golpes a deportistas que hayan sufrido

alguna clase de lesión en el área de la nariz, para esos deportistas las máscaras de protección facial

deportiva puede facilitar que el individuo consiga realizar sus actividades deportivas con

normalidad.

Para esta clase de deportistas las máscaras pueden facilitar la práctica deportiva en función de

su diseño ya que son creadas de manera personalizada con requerimientos de comodidad, ser

ligeras, resistentes y de facial manejo, para acoplarse correctamente de una manera exacta y precisa

a la fisonomía de la cara del usuario sin afectar el rendimiento del deportista.

Este tipo de protecciones se usan principalmente en el deporte para poder volver a la práctica

deportiva después de haber sufrido alguna lesión en la cara (fracturas de huesos propios de la nariz,

pómulos, cejas y maxilares, etc.).

En la actualidad en el Ecuador no es común ver a deportistas usando este tipo de máscaras de

protección facial deportivas, una de las causas radica en el elevado precio de venta además dentro

del país no existe empresas ni comercios que se dediquen a la fabricación y venta de protecciones

para la nariz, como también se debe a la poca cultura de utilizar este tipo de protecciones faciales

en los deportistas.

1.6. Alcance y Limitaciones de la Propuesta

El proyecto se centrará en el diseño y fabricación de un prototipo de una máscara de protección

facial deportiva para el caso específico de una persona que haya sufrido algún tipo de trauma nasal,

estandarizando la elaboración del diseño debido a que la máscara debe poseer las medidas

antropológicas del rostro del usuario para adaptarse correctamente a su fisonomía. El diseño será

9

evaluado mediante un software de simulación CAE que permita realizar una simulación de impacto

para verificar la factibilidad del mismo.

Para el desarrollo del proyecto se va a encuestar a varias personas que hayan sufrido de algún

tipo de trauman nasal, debido a que se va trabajar con imágenes médicas DICOM del cráneo de

una sola persona en específico por lo cual se va a realizar la fabricación y validación de una sola


Para los requisitos del producto se implantará un Quality Function Deployment (QFD) en donde

determinaremos las características y requerimientos del usuario para el diseño de la máscara,

además se realizará una matriz de para la toma de decisiones sobre diseño.

10

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

2.1. Máscara

La máscara es un adaptador facial utilizados por los seres humanos desde tiempos muy remotos

con el propósito de cubrir, la cabeza, boca, nariz, ojos y el mentón (Cortés Diáz, 2007, pág. 490).

2.1.1. Máscara de protección facial integral

Las máscaras integrales protegen todo el rostro del humano incluidos los ojos, cejas, nariz,

pómulos, boca y el mentón, en especial son utilizadas para proteger las vías respiratorias y cuentan

con un visor de plástico en forma de pantalla que cubre todo el rostro de la persona lo que permite

una perfecta visión y protección ofreciendo comodidad excepcional y garantiza un alto nivel de

protección y permite que el usuario se pueda comunicar con facilidad, además esta máscara

integral se ajusta a la cabeza lo que impide la entrada del aire ambiente y se puede reutilizar varias

veces (Ferrer Ruiz, 2014, pág. 20).

2.1.2. Máscara de protección facial deportiva

Las máscaras de protección facial deportiva son utilizadas para varios deportes como el futbol,

futbol americano, béisbol, básquet entre otros, debido a que este deporte implica el contacto físico

y el impacto de pelotas en la zona de la cara, además se utiliza para la práctica deportiva

especialmente indicada para casos de lesiones de la nariz, cejas, orbitas de los ojos y pómulos,

pero en esencia la función de la máscara de protección facial deportiva es rechazar objetos o

impedir que golpeen o choquen contra el rostro del usuario (Eugene & Stephen F., 2002, pág. 664).

11

2.1.2.1. Necesidad de la máscara de protección facial deportiva

Las máscaras de protección facial deportiva personalizada son necesarias por los siguientes

aspectos.

Protegen la mandíbula, el mentón, el maxilar superior, la nariz, las cejas, los pómulos y

las orbitas de los ojos cuando se encuentre practicando un tipo de deporte de contacto.

Absorbe la energía del choque o del impacto.

Proporciona confort y seguridad al deportista al momento de realizar sus actividades

deportivas.

Permite respirar con comodidad al deportista debido que son ligeras.

Se pueden reutilizar varias veces debido a que son duraderas.

Permanecen ajustadas al rostro del deportista durante la práctica deportiva.

2.2. Otorrinolaringólogo

Un otorrinolaringólogo es un médico entrenado en el manejo y tratamiento, tanto como médico

y quirúrgico de pacientes como niños y adultos, con enfermedades oftalmológicas o problemas

que afectan a los oídos, la nariz, senos paranasales, cavidad oral y faringe superior (boca y

garganta) y estructuras relacionadas en la cara y cabeza, sim embargo en la práctica habitual por

cada 13 personas que necesitan tratamiento médico, solo uno necesitara cirugía (Bruce W & Bruce

W, 2006, pág. 9).

2.3. Cirujanos maxilofaciales

Un cirujano maxilofacial posee las competencias de un médico quirúrgico que se ocupa de la

prevención, diagnóstico, tratamiento y reconstrucción de fracturas de la cara ocasionados por

12

traumatismos, y la cirugía ortognática para corregir las deformidades cráneo faciales como los

aumentos verticales y horizontales del maxilar y la mandíbula (Raspall, 2001, pág. 1).

2.3.1. Trauma maxilofacial

Tanto la explicación de Eastman, Rosenbaum, & Thal (2010) los traumas maxilofaciales se

encuentran ligados a dos tipos de condiciones de riesgos vital como es la obstrucción de la vía área

y hemorragia, de acuerdo con Lafrancesco (2003) se considera que es a toda agresión contra los

maxilares incluyendo las piezas dentales, el complejo cigomático-malar, la nariz y las orbitas. La

mayoría de las fracturas faciales ocurre en personas jóvenes y adolescentes y son originadas en

peleas, accidentes de tránsito, prácticas deportivas, agresiones físicas entre otras por otro lado

cuando el paciente es víctima de un politraumatismo debe ser atendido por un grupo

interdisciplinario entrenado en el manejo del paciente traumatizado (Lafrancesco, 2003, pág. 18).

2.3.1.1. Fracturas del complejo nasal

Se denominan fracturas nasales, no sólo a aquellas que afectan a los huesos propios de la nariz,

sino también a las del septum, fractura-luxaciones, apófisis ascendentes de los maxilares y a todos

los componentes cartilaginosos que forman en andamiaje de la pirámide nasal (Martínez

Sahuquillo, 2016, pág. 59). Según Barret; Brown y Mcdowel, las fracturas nasales son las más

difíciles atender de toda la traumatología debido la poca atención que se les ha prestado y por lo

general pasan desapercibidas por la persona que sufre este tipo de trauma y por el traumatólogo,

por lo general una fractura nasal es el resultado de una lesión grave y hoy en día son las fracturas

más comunes en los deportistas lo cual ha hecho que la mayoría de casos las fracturas nasales

implican en sus lesiones a otros huesos no solo del tercio medio facial, además las fracturas

13

Adicional a la idea anterior, aunque las fracturas nasales son frecuentes en deportistas, tan

solo tienen repercusión clínica las fracturas que se encuentran desplazadas, las abiertas o las

que se asocian a hematoma del tabique nasal (Jenkins, 2003, pág. 46).

2.3.1.1.1. Clasificación de las fracturas nasales

De acuerdo a Martínez (2016) las desviaciones de las fracturas del complejo nasal dependen

de la dirección del impacto traumático y su extensión de la intensidad del mismo.

2.3.1.1.1.1. Fracturas deprimidas o con hundimiento antero-

posterior

Son aquellas que corresponden a traumatismos frontales, son lesiones que el hueso se fractura

en dos o más fragmentos y en casos especiales el hueso fracturado rompe tejidos vecinos y

atraviesa la piel, en general siempre existe participación del septum y cartílagos laterales, estos

son difíciles de reducir y de inmovilizar (Martínez Sahuquillo, 2016, pág. 61). Para un diagnóstico

radiológico rápido y seguro se realiza por a través de radiografía simple del cráneo por lo cual

deben realizarse tomas antero-posterior, lateral y perpendicular al hundimiento (Navarra Restrepo,

2006, pág. 222).

2.3.1.1.1.2. Fracturas lateralizadas o con desviación lateral

Son aquellas que son ocasionadas por traumatismo laterales de la nariz, por lo general son las que

ocurren a menudo y en ellas puede existir participación del septum (Martínez Sahuquillo, 2016,

pág. 61). Este tipo de traumatismo suele producir cambios tanto en la nariz interna como en la

nariz externa, es decir se produce una desviación de la pirámide y del septum que van a producir

dificultades respiratorias (Pérez Pousa, López Pérez , Fontela Coello, Piñeiro López, & Gonzáles

Cortes, 2018, pág. 3).

14

2.3.1.1.1.3. Fracturas asociadas o complejas

Son aquellas que pertenecen a las deprimidas, cuando por la intensidad del traumatismo estas

afectan a otros huesos del tercio medio facial o al frontal, estos traumatismos son los más

peligrosos por las lesiones asociadas que pueden conllevar (Martínez Sahuquillo, 2016, pág. 61).

Suelen asociarse con traumatismo demasiado violentos, las líneas de debilidad comprenden una

área que comienza en los huesos de la nariz, contornea el malar en su parte inferior, termina en la

apófisis pterigoides, una línea inferior horizontal que se extiende desde la parte inferior de la

escotadura nasal hasta las apófisis pterigoides, estos tipo de trauma también son más difíciles de

eliminar y conservar inmovilizadas (Cobo Plana & García Fernández, 2005, pág. 341).

Dentro de este tipo de fracturas comprende los siguientes:

2.3.1.1.1.3.1. Fracturas naso-etmoidales

A este tipo de fracturas también se les conoce como nasoorbitarias, son aquellas fracturas

nasales en las que una violenta acción traumática se aplica sobre el puente de la nariz, estas

fracturas por lo general se producen por el impacto contra el volante o el tablero de instrumentos

de un automóvil entre otros, por lo cual lo que se hunde es el fuerte complejo nasoetmoidal el

mismo que se encuentra formado por los huesos nasales, las apófisis frontales del maxilar superior

(Pera, 1996, pág. 16). Se trata de fracturas deprimidas y conminuta de la parte superior de los

huesos propios, que debido a la intensidad del traumatismo afecta a la lámina cribiosa del etmoides,

produciendo el desgarro de la duramadre y la salida del líquido cefalorraquídeo, estas fracturas se

deben tratar precozmente, ya que la reducción de los huesos propios, conlleva la de la lámina

cribiosa y por lo tanto la de la herida de la duramadre y el cese de la rinorrea (Martínez Sahuquillo,

2016, págs. 61,62).

15

Este tipo de fracturas se abordan mejor a través de una vía bicoronal con liberación del paquete

neuromuscular supraordinario por lo cual la disección se extiende hacia debajo de la línea de la

mitad para exponer los huesos nasales y la zona medial de las orbitas (Suárez Nieto, y otros, 2009,

pág. 2124).

Adicional a la idea anterior, de acuerdo con Suárez Nieto y otros (2009) se debe evaluar la

integridad del tendón del canto medical del ojo, que puede estar conectado a un fragmento de

hueso nasoetmoidal o separado del él por lo cual esta estructura se la conoce como fragmento

central (Suárez Nieto, y otros, 2009, pág. 2124).

Figura 1. Alambrado Transnasal para Fracturas Nasoetmoidales

Fuente: ( http://maxilofacialsanvicente.obolog.es/fracturas-naso-etmoido-orbital-228670)

2.3.1.1.1.3.2. Fracturas naso-frontales

De acuerdo con Martínez Sahuquillo (2016) se refiere a que se trata de un tipo de fracturas

deprimidas y continuas de los huesos propios de la nariz, por lo general en la mayoria de las veces

se asocia con lesiones de la lamina cribosa del etmoides y de canto interno del ojo que afectan en

mayor o menor parte al hueso frontal (Martínez Sahuquillo, 2016, pág. 62).

http://maxilofacialsanvicente.obolog.es/fracturas-naso-etmoido-orbital-228670

16

La fractura frontal de la zona de las líneas de entrecejo que es a la que se refiere con naso-

frontal, además en gran parte de la mayoría no suele estar desviada y por lo tanto no se debe realizar

algún tipo de tratamiento, pero en casos excepcionales se presentan verdaderos hundimientos de

la pared anterior del seno frontal que son de un tamaño considerable, que cubierto por el edema y

el hematoma, pueden pasar percibidos por lo cual cuando existe un hundimiento se debe realizar

un tratamiento del complejo nasal y levantar lo más rápido posible la parte de frontal hundido, si

no se lo realiza de inmediato será bastantemente difícil de alzar y se procederá a rellenar el

hundimiento con materiales alopáticos (Martínez Sahuquillo, 2016, pág. 62).

Este tipo de fracturas debido a su localización son de difícil manejo ya que se trata de un área

de complejidad anatómica y de difícil acceso, las mismas que producen secuelas considerables

estéticas y en la región orbitaria, en consecuencia, hay que estar pendiente y de manera periódica

hay que realizarse autoevaluación de la zona de la nariz y ver que no existan traumas frontales de

una magnitud considerables, en caso de existir este tipo de traumas se puede dar un colapso de las

estructuras nasales, frontales, etmoidales comprometiendo los ligamentos internos y el adecuado

drenaje del conducto frontonasal (Lafrancesco, 2003, pág. 20).

2.3.1.1.1.3.3. Fracturas naso-canto-interno lagrimales

De acuerdo con Martínez Sahuquillo (2016),son fracturas nasales deprimidas, conminuta de los

huesos propios y que se propagan a canto interno y hueso lagrimal, generando una pequeña

desorientación del ángulo interno de los parparos hacia el exterior con acrecentamiento del espacio

interorbitario, este tipo de fracturas suelen causar graves anormalidades tisulares y evidentemente

trastornos funcionales por lo que es esencial valorar su función adentro de todo el traumatismo

también esta clase de traumatismo por lo general suele estar acompañado de lesiones en los

17

ligamentos palpebral interno y lesiones de las vías lagrimales que se revelan por intensa epifora

(Martínez Sahuquillo, 2016, pág. 62).

2.3.1.1.1.3.4. Fracturas naso-maxiliares

De acuerdo con Martínez Sahuquillo (2016), son fracturas nasales impactadas y desviadas en

sentido póstero superior de todo el conjunto naso-maxilar, como muestra la figura N° 2, por lo

cual el procedimiento da inicio con la liberación de la impactación ósea, seguido de las lesiones

nasales (Martínez Sahuquillo, 2016, pág. 62).

Figura 2. Complejo naso-maxilar (Color azul)

Fuente: (Avellano Canisto, 2007, pág. 2)

2.3.1.1.1.3.5. Fracturas naso-canto-lágrimo-órbito-maxilares

De acuerdo con Martínez Sahuquillo (2016), estas fracturas afectan a todo el conjunto naso-

canto-lágrimo-orbito-maxilar, sin causar daño a los huesos malares, estos huesos se desplazan

hacia atrás y abajo con estiramiento de la cara y depresión del suelo de la órbita por lo cual el

procedimiento se empieza con la reducción y sujeción del maxilar, regulación del suelo orbitatorio

18

y reducción e inmovilización del complejo nasal, seria conocido como un caso de tipo de fractura

Le Fort II (Martínez Sahuquillo, 2016, págs. 62,63).

2.3.1.1.1.3.6. Fracturas naso-canto-lágrimo-máxilo-malares

De acuerdo con Martínez Sahuquillo (2016), este tipo de fracturas se trata cuando se presenta

un aplastamiento de todo el macizo óseo del tercio medio de la cara, se da a inicio el tratamiento

con la reducción con la reducción y sujeción de los malares, a continuación, con los dos maxilares

y finalmente la del complejo nasal propiamente dicho (Martínez Sahuquillo, 2016, pág. 63).

2.3.1.1.2. Fracturas de la pirámide nasal

De acuerdo con Lafrancesco (2003) , toda pirámide nasal se encuentra cubierta por una capa de

músculos de la mímica, en consecuencia por ser la nariz la parte de la cara que más sobresale,

frecuentemente la nariz está expuesta a sufrir un traumatismo por lo general esto ocurre cuando la

parte ósea de la nariz se quiebra (Lafrancesco, 2003, pág. 20).

2.3.1.2. Diagnóstico de las fracturas nasales

La historia clínica sigue siendo la base fundamental para la toma de decisiones y manejo de

fracturas y lesiones nasales, por lo general se recomienda llevar a un médico especialista en el

momento justo de sufrir una lesión en la nariz en el caso contrario de no haberlo hecho de

inmediato, dejando pasar algunos días, se debe realizar una evaluación actual del paciente para si

las fracturas que sufrió anteriormente necesitan de algún tipo de cirugía o un tratamiento manual,

por muy simple que se considere un traumatismo nasofacial no debemos olvidar nunca la posible

existencia de otras lesiones asociadas (Vallés, 2014, pág. 244).

Por lo general se recomienda mientras se realiza la historia clínica del paciente se debe hacer

una inspección visual y evidenciar epistaxis (unilateral o bilateral), edema y tumefacción,

19

hundimiento del dorso o paredes laterales, desviación lateral, cutáneas, telecanto (sobre todo en

las fracturas nasoetmoidales) (Navarrete Arias, 2015, pág. 277).

A continuación cuando se haya realizado la historia clínica y observado al paciente se procede

a empezar con examen físico, en donde la palpación es la parte primordial para definir un

diagnóstico, se realiza una evaluación del dorso y la paredes laterales, crepitación (si la fractura

esta impactada puede que no aparezca), ya definidos estos puntos, debemos siempre realizar la

rinoscopia, para visualizar el tabique y ver si está desviado, luxado y descartar hematomas septales

(Navarrete Arias, 2015, pág. 277).

Para complementar la idea anterior, por último se procede a pedir las imágenes radiológicas

del paciente, las que generalmente se solicitan son las radiografías simples de los huesos propios

(perfilograma) y laterales del cráneo y placa de Wtaers, o con una escenografía, mediante

alguno de ellos se puede realizar un diagnóstico del paciente (Navarrete Arias, 2015, pág. 277).

2.3.1.3. Tratamiento de los traumatismos nasales

El manejo de las fracturas nasales debe individualizarse según el mecanismo de lesión, las

expectativas del paciente y el conocimiento y habilidades del profesional que lo atienda, el

principal objetivo del tratamiento es restablecer la función respiratoria normal y la armonía

estructural de la nariz, es decir solo se indica la reducción de la fractura nasal cuando esta alterada

la forma de la nariz o se comprueba la existencia de un desplazamiento óseo deformante en las

radiografías (Vallés, 2014, pág. 248).

2.3.1.3.1. Reducción cerrada

El tratamiento consiste en la manipulación de la pirámide y del septo, que se lo puede realizar

con anestesia local o anestesia general, por lo cual para el caso de la anestesia local se puede

20

realizar bloqueos regionales de los nervios infraorbitarios e infratrocleares, al igual que la

impregnación con lidocaína tópica de la mucosa nasal mediante aerosol (Morales Uribe & Isaza

Jiménez, 2004, pág. 269).

Cuando se trata de una fractura exclusiva de los huesos propios, con un tabique en situación

normal se procede a aplicar una técnica de reducción cerrada la misma que mediante presión digital

y con ayuda de un instrumento plano introducido en la fosa nasal, se eleva el fragmento óseo

desplazado también se puede facilitar utilizando unas pinzas Asch o en su defecto una pinza recta

protegida con dedos de guante o cintas adhesivas, como lo muestra la Figura 3 (Vallés, 2014, pág.

248).

Cuando el edema es marcado, la reducción se puede aplazar como máximo 7 días si es el caso

de niños y en el caso de los adultos se puede aplazar como máximo 14 días, ya que pasado este

tiempo se genera una consolidación ósea y se requiere una rinoseptoplastia para la corrección, por

lo general en este caso es mejor diferir a unos tres meses la cirugía para que en todo este tiempo

se haya remodelado el callo óseo para evitar conminaciones, después de la reducción se puede

aplicar un taponamiento endonasal de 3 a 5 días y una férula externa de 7 a 14 días para conservar

la posición del hueso fracturado (Morales Uribe & Isaza Jiménez, 2004, pág. 269).

Para completar la idea anterior, cabe anotar que, a pesar de los esfuerzos realizados por

médicos especialistas en las maniobras de una reducción cerrada, por lo general al menos la

mitad de las fracturas quedan con alguna mal posición ósea residual que puede generarse una

obstrucción respiratoria, lo que obliga a una cirugía correctora posteriormente (Morales Uribe

& Isaza Jiménez, 2004, pág. 270).

21

Figura 3. Maniobra para reducir una fractura de nariz mediante pinza Asch

Fuente: (Morales Uribe & Isaza Jiménez, 2004, pág. 270)

2.3.1.3.2. Reducción abierta

La reducción abierta está indicada en las fracturas conminutas, desviaciones septales

obstructivas, desplazamiento del borde caudal del septum, fracturas expuestas, fracturas antiguas

y en la totalidad de los casos mal realizados de la reducción cerrada, además esta reducción abierta

de una fractura nasal se realiza generalmente cuando hay una laceración que permite la

manipulación ósea directa las misma que puede ser estabilizada con un taponamiento nasal y

férulas externas (Dibildox Martínez, 2017).

También se utiliza con técnicas de rinoplastia cerrada o por un abordaje externo a través de una

herida preexistente o mediante las incisiones de la rinoplastia externa que permite la visualización,

estabilización y fijación correcta de los huesos y los cartílagos de la nariz, sin embargo en los casos

inestables o con pérdida de hueso, piel o cartílago, se fijan los fragmentos con microplacas,

tornillos, alambres injertos de mucosa, piel o cartílago mediante un abordaje quirúrgico abierto

(Vallés, 2014, pág. 249).

22

De acuerdo con Vallés (2014), suele suceder que al retirar el taponaiemto generalmente se

puede observar una desviacion septal o de la piramide nasal que necesitara una correcion a traves

de una rinoseptoplastia.

2.3.1.3.3. Fracturas nasales en los niños

En los niños es difícil realiza un diagnostico efectivo en fracturas y dislocaciones de la pirámide

nasal para su tratamiento debido a las dimensiones pequeñas de la nariz y la escasa colaboración

del infante, si se presenta una hinchazón generalmente puede causar de un edema o hematoma por

lo cual se debe realizar exámenes de inspección y palpitación a los 2 o 3 días cuando se baje la

hinchazón de los tejidos blandos (Nolest Trenité, 2016, pág. 179).

La afectación de un punto de osificación tendrá consecuencias tardías sobre la morfología

debido a que en los niños no se han osificado los huesos y pueden alargar en caso de un trauma

nasal, por esta razón el 2/3 de las deformidades de los adultos tiene su origen de traumatismo

cuando eran niños (Vallés, 2014, pág. 249).

Es de suma importancia considerar que en los recién nacidos no se deben colocar ningún tipo

de taponamiento nasal para no dificultar la respiración del niño, la mayoría de médicos

especialistas considera que se debe proceder a una cirugía nasal desde los 17 años en adelante

cuando termine la etapa de la adolescencia, debido a que los huesos, cartílagos ya se encuentran

bien formados, en casos excepcionales se debe realizar cirugías a menores de 17 años cuando la

ocasión lo amerite (Vallés, 2014, pág. 249).

2.3.1.3.3.1. Férula para la nariz

Frecuentemente los resultados estéticos para la corrección de fracturas nasales es beneficioso

colocar una férula para proteger la nariz, la misma que debe ser colocada por médicos especialistas,

23

esta férulas realiza la función de inmovilizar los huesos propios de la nariz y el tabique nasal al

mismo tiempo para recordarle al usuario que debe tener cuidado con ella al momento de realizar

sus actividades diarias, por lo cual las férulas nasales ayudan a dar soporte a las estructuras de la

nariz y fosas nasales después de un tratamiento o cirugía, el médico especialista determinara que

tiempo necesario deberá utilizar el paciente (Pacheco Sánchez, 1998, pág. 427).

2.4. Materiales compuestos

En la ciencia de materiales reciben el nombre de materiales compuestos aquellos que están

formados por la unión de dos o más componentes que da lugar a uno nuevo con propiedades y

características especificas (Besednjak, 2009, pág. 15).

Los materiales compuestos son materiales de ingeniería considerablemente comunes en el

mundo que nos rodea sin embargo pueden parecer materiales desconocidos usados solo por

personas especializadas y por técnicos en ciencia de materiales, estos materiales son usados

generalmente en el mundo de los deportes debido a sus propiedades puesto que son más fuertes y

resistentes a los materiales tradicionales, el material compuesto en los últimos 30 años ha crecido

evidentemente en la industria aeronáutica, marítima, deportiva, automotriz entres otras (Ashby &

Jones, 2009, pág. 324).

Para complementar con la idea anterior en los últimos 30 años los materiales compuestos

se han desarrollado eficazmente con fibras, empezando con los polímeros reforzados con fibra

de vidrio y fibra de carbono los mismo que están sustituyendo a los metales para la construcción

de transportes marítimos, aeronáuticos y terrestres (Ashby & Jones, 2009, pág. 324).

24

2.4.1. Clasificación de los materiales compuestos

2.4.1.1. Reforzado con partículas

Las partículas de su fase dispersa son equiaxiales de dimensiones iguales en todas las

direcciones, por lo general en la mayoría de los materiales compuestos la fase dispersa es más dura

y resistente que la matriz y las partículas de refuerzo tienden a restringir el movimiento de la matriz

en las proximidades de cada partícula, en esencia la matriz transfiere parte del esfuerzo aplicado a

las partículas, las cuales soportan una parte de la carga, en efecto el grado de reforzamiento o de

mejora del comportamiento mecánico depende de la fuerza de cohesión en la que intersecara

matriz-partícula (Callister, 1996, pág. 534); esta clase de materiales compuestos se encuentran

subdividas en reforzados con partículas grandes y consolidados por dispersión .

2.4.1.1.1. Materiales compuestos con materiales grandes

En algunos materiales se ha añadió algún tipo de relleno como es el caso de los materiales

poliméricos que son realmente materiales compuestos con partículas grandes, en este caso el

material de relleno modifica o mejora las propiedades mecánicas del material base o simplemente

reemplazan una parte del volumen del material polimérico, por un material más barato en el relleno

(Callister, 1996, pág. 534).

2.4.1.1.2. Materiales compuestos consolidados por dispersión

La resistencia y la dureza de los metales y de las aleaciones metálicas pueden aumentarse

mediante la dispersión uniforme de finas partículas de material muy duro e inerte en cantidades

correspondientes a varios porcentajes en volumen, de igual forma la fase dispersa puede ser

metálica o no metálica por lo general se utilizan óxidos, sin embargo el mantenimiento de

resistencia se mantiene a elevada temperatura durante prolongados periodos de tiempo debido a

25

que las partículas dispersas se han escogido por su falta de reactividad con la matriz (Callister,

1996, pág. 539).

2.4.1.2. Reforzado con fibras

Los materiales compuestos reforzados con fibras son diseñados con el propósito de elevar la

resistencia y rigidez a baja densidad, estas características se expresan mediante los parámetros de

resistencia específica y modulo especifico, lo mismos que corresponden proporcionalmente con

las relaciones entre la resistencia a la tracción y el peso específico y entre el módulo de elasticidad

y el peso especifico (Callister, 1996, pág. 539).

2.4.1.2.1. Influencia de la longitud de la fibra

Los materiales compuestos reforzados con fibras tienen características mecánicas que no solo

dependen de las propiedades de la fibra, sino también en el grado en que una carga se transmite a

la fibra por medio de la fase matriz, en este proceso de transmisión de carga es muy importante la

magnitud de la unión en la intercala de las fases de la matriz y fibra, por lo cual al aplicar un

esfuerzo de tracción, la unión fibra-matriz cesa en los extremos de la fibra y en la matriz se genera

un patrón de deformación, en otras palabras, en los extremos de la fibra no hay transmisión de

carga desde la matriz (Callister, 1996, pág. 540).

Figura 4. Patrón de deformación en una matriz que rodea a una fibra sometida a un esfuerzo de

tracción

26

Fuente: (Callister, 1996, pág. 540)

2.4.1.2.2. Influencia de la orientación y de la concentración de la fibra

En los materiales compuestos reforzados con fibras la disposición u orientación de las fibras y

su concentración y distribución influyen radicalmente en la resistencia, por esto las fibras

continuas normalmente se alienan, mientas que las fibras discontinuas se pueden alinear o bien se

pueden orientar al azar o alinearse parcialmente, totalmente las mejores propiedades de los

materiales compuestos se consiguen con la distribución uniforme de la fibra (Callister, 1996, pág.

540).

2.4.1.2.2.1. Material compuesto con fibras continuas y alineadas

Carga longitudinal. Las propiedades de un compuesto con fibras alienadas tienen carácter

altamente aniso trópico, esto es, depende de la dirección en que se miden, particularmente conviene

considerar la deformación de este tipo compuestos originada por un esfuerzo aplicado a lo largo

de la dirección de alineamiento (Callister, 1996, pág. 542).

Figura 5. Representaciones esquemáticas de compuestos reforzados con fibras continuas y alineadas

Fuente: Elaboración propia basa en (Callister, 1996, pág. 542)

27

2.4.1.2.2.2. Materiales compuestos con fibras discontinuas y

alienadas

Aunque la eficacia del reforzamiento con fibras discontinuas es inferior a la originada con fibras

continuas, los materiales compuestos reforzados con fibras discontinuas y alienadas tienen una

importancia cada vez mayor, particularmente las fibras de vidrio cortadas se utilizan bastante al

igual que las fibras discontinuas de carbono y de aramida. Estos compuestos con fibras cortadas

alcanzan módulos de elasticidad y resistencia a la tracción de aproximadamente el 90% y el 50%,

respectivamente de los materiales compuestos con fibras continuas (Callister, 1996, pág. 546).


alineadas

Fuente: Elaboración propia basada en (Callister, 1996, pág. 542)

2.4.1.2.2.3. Materiales compuestos con fibras discontinuas y

orientadas al azar

Habitualmente, cuando los materiales compuestos tienen fibras orientadas al azar, estas suelen

ser discontinuas y cotas, en estas circunstancias, el módulo de elástico de los materiales reforzados,

tanto si las fibras están alineadas como si encuentran orientadas al azar, aumenta al incrementarse

a la fracción de volumen de la fibra (Callister, 1996, pág. 547).

28


orientadas al azar

Fuente: Elaboración propia basada en (Callister, 1996, pág. 542)

2.4.1.2.3. Fibras y matrices

La fase matriz de un material compuesto con fibras ejerce varias funciones, en primer lugar,

una las fibras y actúa como un medio que distribuye y transmite a las fibras los esfuerzos externos

aplicados mediante esto solo una pequeña fracción del esfuerzo aplicado es resistido por la matriz,

además la matriz debe ser dúctil y por otra parte el módulo elástico de la fibra debe ser mucho

mayor que el de la matriz. En segundo lugar la matriz cuidad y protege las fibras del deterioro

superficial que puede resultar la abrasión mecánica o de reacciones químicas con el medio

ambiente por lo cual estas interacciones introducen defectos superficiales capaces de originar

gritas de una fibra a otra que originan fallos catastróficos, en otras palabras la matriz actúa como

una barrera que evita la propagación de las grietas (Callister, 1996, pág. 550).

Generalmente se utilizan polímeros y metales como matriz debido a que son materiales dúctiles,

por lo cual los metales más utilizados para reforzar las fibras son el aluminio y el cobre , por otro

lado los polímeros se utiliza como material matriz en la mayoría de aplicaciones de materiales

29

compuestos debido a sus propiedades y a la facilidad de fabricación, generalmente la mayoría de

los polímeros termoplásticos y termoestables se utilizan como matriz (Callister, 1996, pág. 550).

2.4.1.2.3.1. Fibras de carbono

La fibra de carbono es un material compuesto, no metálico de tipo polimérico que está

compuesto por una matriz, parte del material llamada fase dispersante que da forma a la pieza,

también llamada resina que contiene un refuerzo o base dispersa a base de fibras, este caso de

carbono, cuya materia prima es el polietinitrilio, de propiedades mecánicas elevadas y muy ligero,

no obstante, cada filamento de carbono es la unión de muchos miles de filamentos (Zamudio

Periago, 2009, pág. 13).

Como la fibra de carbono es un materia amorfo, las hojas de átomo de carbono se encuentran

azarosamente foliadas, apretadas o juntas, integrándose las hojas entre capas, lo que incrementa

grandemente su resistencia por lo cual al calentarse un filamento de carbono, este se hace más

grueso y más corto, normalmente son de color negro, aunque recientemente se presentan al

mercado fibras coloreadas (Zamudio Periago, 2009, pág. 13).

2.4.1.2.3.2. Fibras de vidrio

Se han usado muchas composiciones diferentes de vidrios mineral para producir fibras, las más

comunes están basadas en la sílice (SiO2) con adiciones de óxido de calcio, boro, sodio, hierro y

aluminio generalmente estos vidrios son normalmente amorfos, aunque pueda producirse una

ligera cristalización después de un calentamiento prolongado de altas temperaturas. Esto conduce

normalmente a una reducción de las propiedades de resistencia (Hull, 2010, pág. 16).

Entre sus propiedades podremos resaltar el ser un buen aislamiento térmico inerte entre ácidos,

sin embargo, la fibra de vidrio puede moldearse con mínimos recursos y es suficiente la habilidad

30

artesana, generalmente se utiliza en la laminación de encajes para prótesis u otros dispositivos

ortopédicos. Su elevada resistencia mecánica, su baja densidad y su gran resistencia a agentes

externos y a las variaciones de temperatura conservando su forma, hacen de ella un material óptimo

(Zamudio Periago, 2009, pág. 14).

2.4.1.3. Estructural

Esta clase está formada tanto como por materiales compuestos como por materiales

homogéneos y sus propiedades no sólo dependen de los materiales constituyentes sino de la

geometría del diseño de los elementos estructurales (Callister, 1996, págs. 556,557).

2.4.1.3.1. Materiales compuestos laminares

Esta clase de material consta de una lámina o paneles que tiene una dirección preferente con

elevada resistencia, la como ocurre en la madera y en los plásticos reforzados con fibras continuas

y alineadas, generalmente las capas se apilan y luego se pegan entre sí, de modo que la orientación

de la dirección de elevada resistencia de las sucesivas capas, como por ejemplo en la madera

contrachapada, las direcciones de elevada resistencia de las sucesivas capas formas ángulos llanos

entres si (Callister, 1996, pág. 557).

Estas laminas también se pueden construir utilizando materiales plásticos para la matriz y

algodón, papel o fibra de vidrio tejida como material de refuerzo, asa un material compuesto

laminar es resistente en varias direcciones del plano bidimensional (Callister, 1996, pág. 557).

31

Figura 8. Apilamiento de capas reforzadas en sucesivas orientaciones para construir un material

compuesto laminar


2.4.1.3.2. Paneles sándwich

Esta clase de material compuesto por paneles de sándwich en dos laminas externas fuertes, o

caras separadas por una capa de material menos denso, o núcleo, que tiene baja rigidez y baja

resistencia consecuentemente las caras resisten la mayor parte de las cargas en el plano, el

comportamiento y las prestaciones del panel varían en gran medida en función de los materiales

utilizados, sus espesores, su rigidez y la coherencia anclada entre el núcleo y cara (Callister, 1996,

pág. 558).

32

Figura 9. Diagrama esquemático de la fabricación de un panel de sándwich con un núcleo en panal


2.4.2. Materiales compuestos comparados con materiales convencionales

El uso de los materiales compuestos reforzados con fibras ha tenido un crecimiento acelerado

en los últimos años con respecto al uso de los mismo en la ingeniería, el rápido crecimiento se

alcanzado por la sustitución de los materiales tradicionales, principalmente como es el caso de los

metales, esto sugiere que en algunos casos los materiales compuestos tienen mejores propiedades

mecánicas superiores,los materiales reforzados con fibras no tienen una clara ventaja,

particularmente cuando se observa que su alargamiento de rotura es mucho menor que en los

metales con resistencia comparable, sin embargo las ventajas de los materiales compuestos

aparecen cuando se considera el módulo de elasticidad por unidad de peso (modulo especifico) y

la resistencia por unidad de peso (resistencia especifica) (Hull, 2010, págs. 3,4).

33

2.4.3. Cálculo de las propiedades de un material compuesto

2.4.3.1. Densidad

Cuando una fracción de volumen f de un refuerzo r (densidad 𝜌𝑟) se mezcla con una fracción

de volumen (1-f) de una matriz m (densidad 𝜌𝑚) para formar un compuesto sin porosidad residual,

la densidad 𝜌 compuesta es dado exactamente por una regla de mezclas (una media aritmética,

ponderada por fracción de volumen) (Ashby M. F., 2005, pág. 350).

𝜌 = 𝑓𝜌𝑟 + (1 − 𝑓) 𝜌𝑚 ( 1)

La geometría o la forma del refuerzo no importa, excepto para determinar la fracción de

empaquetamiento máxima del refuerzo y, por lo tanto, el límite superior para 𝑓 (Ashby M. F.,

2005, pág. 350).

2.4.3.2. Módulo

El módulo de un compuesto está entre corchetes por los conocidos límites de Voigt y Reuss.

El límite superior, 𝐸𝑢 se obtiene postulando que, al cargar, los dos componentes sufren la misma

tensión; la tensión es entonces el promedio de volumen de las tensiones locales y el módulo

compuesto sigue una regla de mezclas (Ashby M. F., 2005, pág. 350).

𝐸𝑢 = 𝑓𝐸𝑟 + (1 − 𝑓)𝐸𝑚 ( 2)

Aquí 𝐸𝑟 es el módulo de Young del refuerzo y 𝐸𝑚 el de la matriz. El límite inferior, 𝐸𝐿 se

encuentra postulando en cambio que los dos componentes llevan el mismo esfuerzo; la

deformación es el promedio de volumen de las deformaciones locales y el módulo compuesto es

(Ashby M. F., 2005, pág. 350).

34

𝐸𝑚𝐸𝑟 𝐸𝐿 =

𝑓𝐸 + (1 − 𝑓)𝐸 𝑚 𝑟

( 3)

Son posibles límites más precisos, pero los simples son adecuados para ilustrar el método

(Ashby M. F., 2005, pág. 350).

2.4.3.3. Fuerza

A medida que aumenta la carga en un compuesto, la carga se redistribuye entre los

componentes hasta que se produce el rendimiento general o la fractura de un componente. Más

allá de este punto, el material compuesto ha sufrido deformación o daño permanente; lo definimos

como la fuerza del compuesto. El compuesto es más fuerte si ambos componentes alcanzan su

estado de falla simultáneamente, ya que, si uno falla antes que el otro, el más débil determina la

fuerza. Por lo tanto, el límite superior es, como con el módulo, una regla de mezclas (Ashby M.

F., 2005, pág. 351).

(𝜎𝑓)𝑢 = (𝜎𝑓)𝑟 + (1 − 𝑓)(𝜎𝑓)𝑚 ( 4)

Donde (𝜎𝑓)𝑚 es la fuerza de la matriz y (𝜎𝑓)𝑟 es la del refuerzo. Un límite inferior es más

difícil. La literatura contiene muchos cálculos para casos especiales: refuerzo por fibras

unidireccionales, o por una dispersión diluida de esferas. Deseamos evitar los modelos que

requieren un conocimiento detallado de cómo se comporta una arquitectura particular, y buscar un

límite inferior menos restrictivo. Uno, consistente con el requisito de que los componentes del

compuesto no se separen en sus interfaces, se desarrolla en las referencias enumeradas en Lectura

adicional. Describe el "peor caso": una matriz continua, dúctil, que contiene partículas de refuerzo

fuertes; el límite inferior para la resistencia compuesta es entonces el límite elástico de la matriz

35

mejorado ligeramente por la restricción plástica impuesta por el refuerzo (Ashby M. F., 2005, pág.

351).

1

1 𝑓2

(𝜎𝑓)𝐿 = (𝜎𝑓)𝑚 (1 + 16

( 1)) 1 − 𝑓2

( 5)

2.4.3.4. Calor específico

Los calores específicos de sólidos a presión constante, 𝐶𝑝, son casi los mismos que los de

volumen constante, 𝐶𝑣. Si fueran idénticos, la capacidad calorífica por unidad de volumen de un

material compuesto, como la densidad, estaría dada exactamente por una regla de mezclas (Ashby

M. F., 2005, pág. 351).

𝜌𝐶𝑝=𝑓𝜌𝑟(𝐶𝑃)𝑟 + (1 − 𝑓)𝜌𝑚(𝐶𝑝)𝑚 ( 6)

Donde (𝐶𝑃)𝑟 es el calor específico del refuerzo y (𝐶𝑃)𝑚 es el de la matriz (las densidades

entran porque las unidades de 𝐶𝑃 son J / kg.K). Aparece una ligera diferencia porque la expansión

térmica genera un desajuste entre los componentes cuando se calienta el material compuesto; el

ajuste incorrecto crea presiones locales en los componentes y, por lo tanto, cambia el calor

específico. El efecto es muy pequeño y no necesita preocuparnos más (Ashby M. F., 2005, pág.

351).

2.5. Clasificación de las resinas

2.5.1. Resinas de poliéster

Son las resinas más utilizadas a escala mundial, ocupan un sitio destacado con más de 90% del

volumen de consumo entre las matrices termoestables y, dadas sus características son, las más

36

utilizadas en la construcción de embarcaciones en serie. Su coste es el más reducido entre todas

las matrices termoestables (Besednjak, 2009, pág. 27).

2.5.2. Resinas de viniléster

Las resinas termoendurecibles viniléster son relativamente recientes y están llamadas a tener

un gran desarrollo, a pesar de su coste elevado, de 1.5 a 2 veces superior al del poliéster clásicas.

Estas resinas son el resultado de una poliadición de resina epoxi sobre el ácido insaturado acrílico

(Miravete, 2012, pág. 54).

2.5.3. Resinas epoxi

La química de las resinas epoxi está basada en la capacidad del radical epóxido, para reaccionar

con un amplio rango de otros radicales orgánicos y efectuar enlaces cruzados sin la aparición de

un producto condensado. Las resinas son disfuncionales o polifuncionales, en términos del grupo

epóxido, y pueden estar basadas en estructuras alifáticas o estructuras aromáticas en forma de

columna vertebral. De hecho, la mayoría de las resinas utilizadas para procesos de laminación son

aromáticas pero algunas veces mezcladas con material alifático. Las resinas basadas en material

alifático son frecuentemente la base de los adhesivos o los sistemas de recubrimiento, donde su

flexibilidad mejorada es ventajosa (Miravete, 2012, pág. 47).

En general las resinas aromáticas dan superiores prestaciones en los materiales compuestos. La

resina se cura por reacción con un agente de curado y la reacción a menudo se controla mediante

el uso de catalizadores y aceleradores. Los sistemas de resinas comerciales son a menudo una

mezcla compleja de resinas, agentes de curado, catalizadores/aceleradores, modificadores

termoplásticos, y otros aditivos. De este modo estas resinas pueden ser adaptadas para reunir los

requerimientos, a menudo conflictivos, de altas prestaciones y facilidad de procesado (Miravete,

2012, pág. 47).

37

2.5.4. Resinas de ésteres cianato

Las resinas esteres cianato son matrices versátiles que ofrecen una elevada resistencia, dureza

y propiedades eléctricas y muy baja absorción de humedad. Además, mejoran la estabilidad

dimensional, eliminan la corrosión provocada por las impurezas de la resina y tienen una buena

reparabilidad (Miravete, 2012, pág. 55).

2.5.5. Resinas polieteramida

Se derivan de bisoxazolinas y fenólicas libres de formaldehido. Están diseñadas para competir

en coste y prestaciones con las resinas epoxi, bismaleimidas y poliimidas para aplicaciones de alta

temperatura. La inherente formulación termoestable de gran dureza ofrece estabilidad ante la

oxidación para altas temperaturas. Su resistencia a la tracción está en torno a los 195 MPa

(Miravete, 2012, pág. 56).

2.5.6. Resinas fenólicas

Se basan normalmente en la química de redisolución y fueron uno los primeros tipos de resina

utilizados para la producción de materiales compuestos. Estos materiales iniciales consistían en

unas telas textiles y mats o papeles impregnados con la resina y posteriormente curados. Diferentes

versiones de este tipo de resinas se han producido desde 1910. Encuentran su aplicación como

componentes aislantes en equipos eléctricos, reductores, y materiales que sufran desgaste

(especialmente donde la lubricación es mínima) y una gran variedad de materiales laminados en

forma de paneles con fines funcionales o decorativos (Mireles, 2008, pág. 77).

Las ventajas de las resinas fenólicas vienen dadas por su excelente estabilidad a elevadas

temperaturas y especialmente en su retardo a la llama y baja emisión de humo y gases tóxicos

cuando son expuestas al fuego. Al utilizarlas con refuerzos modernos (fibras de carbono o de

vidrio), las propiedades mecánicas son menores que cuando se utilizan los refuerzos con resinas

38

epoxi, pero su comportamiento frente al fuego y su comportamiento referente a las emisiones

tóxicas es superior. Los sistemas basados en resinas fenólicas se especifican generalmente en

aplicaciones con requerimientos críticos de comportamiento frente al fuego como por ejemplo los

interiores de la aviación comercial (Mireles, 2008, pág. 77).

2.6. Método de fabricación para plásticos con fibras de materiales compuestos

Tabla 1. Procedimientos de fabricación para plásticos reforzados con fibra

Procedimiento Resumen de los métodos de procesado y fabricación

Proceso en molde abierto

1. Método de contacto manual

(Hand lay-up)

Se colocan sobre el molde fieltros de fibra enrollada,

mechas trenzadas y otros tejidos hechos de fibras y se

impregnan con resina a brocha y pasando un rodillo, se

ponen capas hasta que llegue al espesor de diseño.

El molde cura sin calor ni presión

2. Proyección (Spray-up) Se proyectan simultáneamente hilos cortados y resina a

un molde preparado y se pasa el rodillo antes de que la

resina se endurezca

3. Saco de vacío, saco de

presión, autoclave

Se preimpregnan capas de fibras, normalmente hojas

unidireccionales, con resina y se curan parcialmente

(estado-β) para formar un pre-impregnado. Las hojas de

pre-impregnado se colocan en la superficie del molde en

orientaciones determinadas, se cubre con un saco

flexible, y se consolidan usando otro de vacío o de

presión en autoclave la temperatura de curado requerida

39


4. Arrollamiento de filamentos Mechas o hilos continuos de fibra se pasan sobre rodillos

y guías pasan por un baño de resina y se enrollan después,

usando una maquina controlada por programas sobre un

mandril con ángulos preestablecidos. La resina cura

parcial o totalmente antes de sacar el componente,

normalmente un tubo, del mandril

5. Modelo de centrifugación Se introducen mechas de fibras y resina en un molde

rotatorio y se dejan curar en su sitio

Procesos con molde cerrado

6. Moldeo por compresión en

caliente

Las matrices o útiles, calientes y acoplados, se cargan con

materia prima (compuestos de hojas continuas SMC,

Premix o pasta DMC, tejido o pre-impregnado

unidireccional) y se comprimen para que se adapten a la

cavidad y curen

7. Moldeo por inyección

Modelo de transferencia

Se inyectan polímeros fundidos o en estado plástico

mezclados con fibras cortas, normalmente a alta presión,

en la cavidad de un molde ranurado y se deja solidificar

o curar

8. Pultrusión Una alimentación continua de fibras en una orientación

preseleccionada se impregna con resina y se comprime a

través de un útil calentado (trefila) para darle la forma de

la sección final como por ejemplo tubos o perfiles en I.

40


Durante el paso por la matriz se produce un curado

parcial o total

9. Prensado en frío Un proceso de baja presión y baja temperatura en el que

las fibras se impregnan con resina y luego prensado entre

matrices coincidentes

Se genera calor durante la cura

10. Inyección de resina

Se colocan fibras en forma de tela en la herramienta que

luego se cierra. La resina se inyecta a baja presión en el

interior y fluye trajo las fibras para llenar el espacio del

molde

11. Moldeo por inyección de

reacción reforzada (RRIM)

Un sistema de resina de curado rápido que involucra dos

componentes que son mezclar inmediatamente antes de

usar la inyección. Las fibras se colocan en el molde

cerrado antes de inyectar la resina o agregarla como

picada corta fibras a uno de los componentes de resina

para formar una suspensión antes de la inyección

Fuente: Elaboración propia basada en (Hull, 2010, pág. 7)

2.7. Selección de materiales

2.7.1. Límites de atributos e índice material

Las restricciones establecen límites de propiedad. Los objetivos definen índices materiales, para

los cuales buscamos valores extremos. Cuando el objetivo no está acoplado a una restricción, el

índice de material es una propiedad de material simple. Cuando, en cambio, están acoplados, el

41

índice se convierte en un grupo de propiedades como las citadas anteriormente. Ambos se explican

a continuación. Comenzamos con dos ejemplos simples de los primeros objetivos no acoplados

(Ashby M. F., 2005, pág. 85).

2.7.1.1. Índices materiales cuando los objetivos se unen a restricciones

Piense por un momento en el más simple de los componentes mecánicos, ayudado por la Figura

10. La carga en un componente generalmente se puede descomponer en una combinación de

tensión axial, flexión, torsión y compresión (Ashby M. F., 2005, pág. 88).

Casi siempre, un modo domina. Tan común es esto que el nombre funcional dado al componente

describe la forma en que se carga: los lazos llevan cargas de tracción; las vigas llevan momentos

de flexión; los ejes llevan torques; y las columnas llevan cargas axiales compresivas. Las palabras

‘‘atar’’, ‘‘viga’’, ‘‘eje’’ y ‘‘columna’’ implican cada una función. Muchas funciones de ingeniería

simples se pueden describir con palabras simples o frases cortas, lo que ahorra la necesidad de

explicar la función en detalle. Aquí exploramos límites de propiedad e índices materiales para

algunos de estos (Ashby M. F., 2005, pág. 88).

Figura 10. Un tirante cilíndrico cargado (a) en tensión, (b) en flexión, (c) en torsión y (d) axialmente,

como una columna.

42

Fuente: (Ashby M. F., 2005, pág. 89)

2.7.1.2. Índice de material para un haz ligero y rígido.

El modo de carga que más comúnmente domina en ingeniería no es la tensión, sino la flexión:

piense en las viguetas del piso, en las alas, en los ejes de los palos de golf. Considere, entonces,

un haz de luz de sección cuadrada b*b y longitud L cargado en flexión. Debe cumplir una

restricción sobre su rigidez 𝑆, lo que significa que no debe desviarse más que 𝜎 bajo una carga F

que se presenta en la Figura 11. Encontramos una ecuación para la rigidez 𝑆 de una viga elástica.

La restricción requiere que 𝑆 = 𝐹⁄𝜎 sea mayor que esto (Ashby M. F., 2005, pág. 90).

𝐹 𝐶1𝐸𝐼 𝑆 = >

𝜎 𝐿3

( 7)

Donde E es el módulo de Young, 𝐶1 es una constante que depende de la distribución de la carga

𝐼 es el segundo momento del área de la sección, que, para una viga de sección cuadrada es (Ashby

M. F., 2005, pág. 90).

𝑏4 𝐴2

𝐼 = = 12 12

( 8)

La rigidez 𝑆 y la longitud L están especificadas; El área de sección A es libre. Podemos reducir

la masa de la viga reduciendo A, pero solo hasta el punto en que aún se cumpla la restricción de

rigidez (Ashby M. F., 2005, pág. 91).

1

12𝑆 2 𝜌 𝑚 ≥ ( ) (𝐿3)( )

𝐶1𝐿 𝐸1/2

( 9)

Los soportes se ordenan como antes: requisito funcional, geometría y material. Los mejores

materiales para un haz ligero y rígido son aquellos con los valores más pequeños de 𝜌 𝐸1/2

. Como

43

antes, invertiremos esto, buscando valores grandes del índice de material (Ashby M. F., 2005, pág.

91).

𝐸1/2

𝑀 = 𝜌

( 10)

Al derivar el índice, hemos asumido que la sección de la viga permaneció cuadrada, de modo

que ambos bordes cambiaron de longitud cuando A cambió. Si una de las dos dimensiones se

mantiene fija, el índice cambia. Un panel es una placa plana con una longitud dada L y ancho W;

La única variable libre (aparte del material) es el espesor t. Para esto, el índice se convierte (a

través de una derivación idéntica) (Ashby M. F., 2005, pág. 91).

𝐸1/3

𝑀 = 𝜌

( 11)

Tenga en cuenta el procedimiento. Se especifica la longitud de la barra o viga, pero somos libres

de elegir el área de sección A. El objetivo es minimizar su masa, 𝑚. Escribimos una ecuación para

𝑚: es la función objetivo. Pero hay una restricción: la barra debe soportar la carga 𝐹 sin ceder a la

tensión o doblarse demasiado. Use este filamento para eliminar la variable libre A y leer la

combinación de propiedades, 𝑀, para maximizarla. Parece fácil, y siempre que tenga claro desde

el principio cuáles son las restricciones, qué está tratando de maximizar o minimizar, qué

parámetros están especificados y cuáles son libres (Ashby M. F., 2005, pág. 92).

44

C

Figura 11. Una viga de sección cuadrada, cargada en flexión. Su rigidez es𝑆 =

𝐹 donde 𝐹 es la carga

𝛿

y 𝛿es la deflexión.

Fuente: (Ashby M. F., 2005, pág. 91)

2.8. Análisis de deformación en vigas sometidas a flexión simple

Para analizar las deformaciones que aparecen en una viga simple sometida a flexión simple se

va a utilizar el método de la ecuación diferencial de la elástica (Benito Olmeda & Rincón Rincón,

2005, pág. 5).

2.8.1. Ecuación diferencial de la elástica

Para la obtención de la ecuación de la elástica se va considerar una viga sometida a la acción

de un momento flector en la dirección del eje principal z, Mz, y un esfuerzo cortante en la dirección

del eje principal y, Ty. El efecto del esfuerzo cortante es despreciable siempre que las dimensiones

de las secciones transversales sean muy inferiores a la longitud de la viga, por lo que solo se tendrá

en cuenta la acción del momento flector (Benito Olmeda & Rincón Rincón, 2005, pág. 5).

45

Figura 12. Viga sometida a flexión simple

Fuente: (Benito Olmeda & Rincón Rincón, 2005, pág. 5)

Considerando el sistema de referencia mostrado en la Figura xx en el que el eje z forma un

triedro a derechas con los ejes x e y representados, la ley de Navier se puede expresar de la forma

siguiente (Benito Olmeda & Rincón Rincón, 2005, pág. 6).

𝑀𝑧(𝑥) 1 =

𝐸 ∗ 𝐼 𝜌

( 12)

Donde:

𝑀𝑧(𝑥) es el momento flector según el eje z al que está sometida la selección de la viga

correspondiente a la coordenada x. El criterio de signos aplicados se presenta en la Figura XX

(Benito Olmeda & Rincón Rincón, 2005, pág. 6).

Figura 13. Momento Flector


𝐸 es el módulo de elasticidad del material de la viga

46

𝐼𝑧 es el momento de inercia de la selección considerada respecto del eje z

1⁄𝜌 es la curva de la deformada, siendo 𝜌 es el radio de curvatura correspondiente al eje x. El

criterio de signos aplicado es coincidente con el criterio de signos del momento flector

Figura 14. Criterio de signos del momento flector


Por lo tanto, la ley de Navier permite calcular la curvatura de la deformada de una viga sometida

a flexión simple, en función del momento flector al que está sometida, de la rigidez del material y

la geometría de la viga. Al trabajar con pequeñas deformaciones, se puede despreciar el termino

diferencial del denominar frente a la unidad, quedando la expresión de la siguiente manera (Benito

Olmeda & Rincón Rincón, 2005, pág. 7).

𝐸 ∗ 𝐼 ∗ 𝑦¨¨ = 𝑀𝑧(𝑥) ( 13)

2.9. Imágenes médicas DICOM

DICOM significa imagen digital y comunicaciones en medicina (Digital Imaging and

Communications In Medicine), es un estándar que establece las reglas que permiten que las

imágenes médicas y la información asociada pueda intercambiarse entre sí de imágenes en

diferentes equipos como es el caso de una tomografía computariza y una imagen de resonancia

47

magnética, estas imágenes médicas que aparece como solución a los problemas de

interoperabilidad entre estos diferentes tipos de dispositivos (Pretorius & Solomon, 2006, pág. 33).

En la actualidad la imagen medica en su modalidad se utiliza de manera cotidiana por lo cual

la radiología digital hace posible el uso de una técnica de procesamiento para mejorar así la calidad

de la imagen, en este sentido una imagen digital se representa mediante una función discreta de

dos variables, f (x, y), que expresa una matriz bidimensional cuyos elementos (x, y), llamados

pixeles, tienen asociado un nivel de gris o intensidad luminosa por esta razón cuando mayor sea el

número de pixeles, mayor será la resolución espacial de la imagen y mejora la calidad de la misma

(Suárez Cuenca, 2009, pág. 25).

El formato digital representa una mejora de las limitaciones de la imagen convencional

proporcionando la posibilidad de transmitir una imagen a cualquier lugar a través de la red. La

imagen médica analógica tiene a mayores, el problema añadido del deterioro irreparable, y en los

hospitales aparecen problemas para su almacenamiento y traslado, lo que aumenta las

probabilidades de que se extravíen (Ashby M. F., 2005, pág. 88).

Además, las imágenes digitales gozan de mecanismos de almacenamiento y transmisión más

cómodos que las imágenes convencionales, con este tipo de formato digital es posible también

pensar en un sistema de telemedicina, en el cual se utiliza tecnologías informativas y de

telecomunicaciones para proporcionar cobertura médica además dentro de la telemedicina se

encuentra la teleradiología que abarca, también el manejo de la información de una paciente, la

transmisión y visualización de imágenes radiológicas, como consecuencia se está obteniendo de

una manera beneficiosa que ayuda a una imagen adquirida en un centro de atención primaria que

se puede diagnosticar en pocos minuto, por una radiólogo (Suárez Cuenca, 2009, pág. 26).

48

Uno de los grandes beneficios que ofrece la imagen medica digital es que se puede utilizar sobre

ella programas CAD (Computer Aided Diagnosis), estos sistemas CAD poseen la finalidad de

ayudad al radiólogo a la hora de localizar zonas sospechosas de la imagen que pudo haber pasado

por alto (Suárez Cuenca, 2009, pág. 26).

2.9.1. La tomografía computarizada

La tomografía computarizada (TC) es una técnica de imagen especial derivada de la aplicación

de rayos X, en la actualidad es una parte esencial del diagnóstico radiológico, en ese sentido esta

modalidad de la imagen médica ha ido perfeccionándose a través de los años a lo largo de distintas

generaciones (Suárez Cuenca, 2009, pág. 27).

Empezó llamándose tomografía computarizada, también conocida como TAC (Tomografía

Axial Computarizada), haciendo la letra A referencia a la palabra axial, esto se debe a que la

adquisición de la imagen se debe realizar por medio de cortes axiales del objeto, que

posteriormente permiten reconstruir y visualizar partes del cuerpo en forma de imágenes de cortes

axiales, coronales, sagitales o en imagen 3D, al transcurrir el tiempo el término axial se ha omitido,

pero se sobreentiende, además se empezó a utilizarse el término helicoidal, o espiral en 1989,

cuando apareció una mejora que disminuía el tiempo de realización de la prueba (Suárez Cuenca,

2009, pág. 28).

En la actualidad esta prueba ha completado o sustituido a la clásica imagen de rayos X en

muchas áreas de este modo con el tiempo se produjeron mejoras en el tipo de detectores empleados

por estos equipos, ampliando el número de anillos detectores en el eje axial (coronas) de 1 a 2,

posteriormente a 4 y así en aumento hasta 64, pasando a llamarse TC multidetector, o TC

multicorte (Suárez Cuenca, 2009, pág. 28).

49

La radiografía tradicional proporcionó un valioso medio de diagnóstico no invasivo durante

muchos años, aunque presenta algunas limitaciones, generalmente se utiliza para imágenes del

cerebro, las radiografías suelen ser insuficientes en la mayoría de los casos, por lo cual la

tomografía computarizada ofreció, por primera vez, la posibilidad de ver estructuras cerebrales en

una imagen de calidad con alto contraste (Suárez Cuenca, 2009, pág. 28).

El principio físico de la radiografía es registrar la radiación que se emite desde el centro de un

tubo de rayos X, atenuado por el objeto a examinar, con un detector (tradicionalmente una

película). Así pues, en una radiografía convencional se presenta la distribución de la modulación

de la intensidad de la radiación, y esta ofrece siempre una imagen de superposición (todas las

estructuras entre el foco de rayos X y el detector atenúan la intensidad de la radiación) (Suárez

Cuenca, 2009, pág. 28).

Cada elemento de la imagen muestra la suma de todas las contribuciones a la atenuación a lo

largo de una línea, o en manera matemática, la integral de los coeficientes de atenuación a lo largo

de la línea fuente detector, ahora en la actualidad las tomografías computarizadas realiza

proyecciones en 360 grados, consiguiendo así, por medio de algunas de ellas, poder ver esas

estructuras que en el caso de la radiografía quedaría enmascaradas (Suárez Cuenca, 2009, pág. 28).

2.9.2. Principios básicos de la tomografía computarizada

Cuando un haz colimado de fotones mono energéticos atraviesa un material homogéneo con

coeficiente de atenuación μ, la atenuación en la intensidad del haz viene dada por la ley

exponencial I=Ioe-μd donde Io es la intensidad del haz incidente, y d el espesor del material. En

1917, el matemático J.H. Radon demostró que se puede reconstruir la imagen de un material si se

conocen los valores de la integral de los coeficientes de atenuación, a lo largo de un número de

líneas que atraviesan el material. Años después, Godfrey N. Hounsfield (ingeniero Inglés),

50

desarrolló el primer escáner de CT (junto con la firma británica EMI Ltd.), y recibió el Premio

Nobel de Medicina en 1979, junto con el físico A.M. Cormack (sudafricano) que había llevado a

cabo, entre 1957 y 1963, de manera independiente, los primeros experimentos con aplicaciones

médicas en este tipo de tomografía reconstructiva. Se había demostrado que el haz de rayos X que

atravesaba un objeto, contenía información de todos los constituyentes del material que había

atravesado (Suárez Cuenca, 2009, pág. 29).

Para comprender la tomografía computarizada hay que imaginar el cuerpo humano formado por

un número finito de elementos discretos. Este tipo de imagen, se considera formada por vóxeles

(elemento de volumen), ya que cada píxel de los que vemos en la imagen transversal, aunque esta

sea plana, se corresponde con un elemento de volumen que tiene un determinado espesor (Suárez

Nieto, y otros, 2009, pág. 30).

En términos generales, el principio de la tomografía computarizada consiste en medir la

distribución espacial de la intensidad de la radiación X que atraviesa un objeto, desde diferentes

direcciones, por lo cual para poder obtener la imagen es necesario radiar al menos con un barrido

de 180°, el tubo de rayos X gira solidariamente con el detector, radiando el objeto desde diferentes

direcciones mediante esto la información se recoge en el detector en forma de mapa de

atenuaciones (Suárez Cuenca, 2009, pág. 30).

2.9.3. Evolución de la tomografía computarizada

En la actualidad se ha reducido en tiempo de exploración, además como otras demandas como

la mejora de la calidad de la imagen, ahorro de costos, mejorada de la interfaz del usuario entre

otras, han sido los aspectos primordiales que han guiado la evolución de la tomografía

computarizada desde su nacimiento, en la época de los años setenta el escáner de cabeza fue el

primero que se comercializo, en los escáneres de primera generación el tubo y el detector se

51

trasladan para ir tomando los diferentes puntos de la primera proyección, debido a que el haz de

los rayos estaba colimado, y cubría una pequeña parte del cuerpo al tener que proyectarse sobre

un solo detector, posteriormente rotaban, a continuación se trasladaba de nuevo para tomar la

siguiente proyección y así sucesivamente (Suárez Cuenca, 2009, pág. 33).

En el año de 1972 aparece la llamada segunda generación, tuvo cambios mínimos de la anterior,

para acelerar el tiempo de exploración se amplió el número de detectores a 30, lo que supuso pasar

de un haz de rayos fino a un poco más ancho que abarque todo el conjunto de detectores, conocido

como haz en pequeño abanico, así el tiempo de adquisición de una imagen, sufrió una reducción

drástica, no solo por el hecho de tener que realizar menos traslaciones, sino también porque el

número de rotaciones era menor (Suárez Cuenca, 2009, pág. 34).

El tiempo de adquisición de un estudio paso de ser superior a 24 horas en los de primera

generación, a tardar en torno a 5 minutos en los de segunda generación, los dos tipos de escáneres

funcionaban de acuerdo con el principio de rotación-traslación, en el que la fuente de radiación y

el detector escaneaban el objeto por medio de un movimiento lineal de traslación y se repetía el

procedimiento, sucesivamente, después de un pequeño incremento de rotación, al mismo tiempo

que se escaneaba se reconstruía la imagen (Suárez Cuenca, 2009, pág. 34).

En los años ochenta la calidad de la imagen ya era muy buena, y la mejora dependía en gran

medida del tiempo de exploración, ya que el movimiento del paciente puede llevar a pérdidas de

nitidez de la imagen y aparición de artefactos, después de cada rotación completa se tenía que

volver a las condiciones iniciales (rotación inversa) antes de realizar la siguiente adquisición por

consiguiente la rotación continua se introdujo por primera vez en el año de 1987 por Siemens

Medical Systems (SOMATOM PLUS) y Toshiba Medical Systems (TCT 900S), y se basaba en el

52

anillo de deslizamiento, desde entonces, el desarrollo no ha parado en cuanto a mejoras técnicas

(Suárez Nieto, y otros, 2009, pág. 34).

2.9.4. Tomografía helicoidal

La tomografía helicoidal o espiral representa un salto cualitativo muy importante en el

desarrollo de esta tecnología, en un equipo helicoidal, la adquisición o medida de los valores de la

intensidad de rayos X emergente se realiza combinado la rotación continua del tubo emisor de

rayos X con un desplazamiento lineal de la mesa del paciente a través del túnel de la carcasa, esto

permite adquirir los datos de medida de un volumen de interés relativamente amplio durante una

sola suspensión respiratoria y ha permitido, entre otros un mayor desarrollo de la angiografía

tomografía computarizada (Del Cura Rodríguez, 2009, pág. 17).

El cociente entre el desplazamiento de la mesa durante una rotación de 360° del tubo y la

anchura nominal, colimación, del haz de rayos X se refiere en tomografía computarizada helicoidal

como el factor de paso, generalmente en los equipos de corte único esta anchura nominal es igual

a la anchura del corte reconstruido, lo que no ocurre en los equipos multidetector (Del Cura

Rodríguez, 2009, pág. 18).

Diez años después desde la introducción de la tomografía computarizada helicoidal, se dio un

nuevo paso en el desarrollo tecnológico de estos equipos que proporciono nuevas aplicaciones

clínicas, mediante la tomografía helicoidal, el paciente se escanea de forma continua, mientras se

desplaza a lo largo del eje z. El paciente está continuamente en movimiento (sobre la camilla que

se desplaza), esto se suele hacer a una velocidad de una a dos veces el ancho de colimación por

cada 360° de rotación por lo tanto para sistemas multidetector este factor se incrementa de manera

considerable. El trazo efectivo que describe el haz de rayos sobre el paciente (Del Cura Rodríguez,

2009, pág. 18).

53

Figura 15. Trazo descrito por el haz de rayos sobre el cuerpo del paciente en la tomografía

computarizada

Fuente: (Suárez Cuenca, 2009, pág. 35)

2.9.5. Tomografía del cráneo

En el área de la cabeza puede ser estudiado mediante una tomografía computarizada multicorte,

los pacientes deben tener un diagnostico basado en la clínica y en la exploración física,

seguidamente se realizan la tomografía computarizada de cabeza que es un examen sumamente

sencillo de realizarse sin dolor alguno debido a que se utiliza un escáner especial de rayos X para

tomar imágenes médicas del cráneo, cerebro y los senos paranasales del paciente como también

de los vasos sanguíneos de la cabeza, esta máquina es de forma circular donde el paciente ingresa

su cabeza de una forma cómoda, luego la maquina empieza a tomar fotografías para generar cortes

transversales del cerebro desde diferentes tipos de ángulos, posteriormente estas fotos son enviadas

a una computadora que registra las imágenes y al mismo tiempo las va uniendo para formar

imágenes tridimensionales (Rovira Canellas, Ramos Gonzáles, & De Juan Delgado, 2010, pág. 1).

Una tomografía computarizada de la cabeza puede realizarse para lo siguiente:

Detectar afecciones en el cerebro tales como hidrocefalia (demasiado fluido en los

ventrículos), hinchazón, inflamación, hemorragia y signos de lesión.

54

Reunir información sobre la presencia, ubicación y tamaño de los abscesos, quistes y

tumores.

Ubicar defectos de nacimiento en el cerebro y el cráneo.

Evaluar la glándula pituitaria, la glándula pineal y los senos nasales.

Observar los vasos sanguíneos malformados o lesionados en la cabeza.

Encontrar la causa de dolores de cabeza, debilidad o un cambio en el estado mental.

2.10. SolidWorks

Es un software CAD desarollado actualmente por Dassault Systems a través de una compañía

subsidiaria SolidWorks Corp., se trata de un programa que permite realizar el proceso completo

de diseño mecánico, desde la concepción de la idea por el diseñador a la realización de los planos

técnicos necesarios para su fabricación, además mediante la interfaz del programa y sus

herramientas de diseño de pieza, ensamble y dibujo, el operador puede modelar en tres

dimensiones la pieza y realizar rápidamente las vistas necesarias para la concepción de los planos

sin embargo Solid Works incluye herramientas de productividad, de gestión de proyectos, de

presentación y de análisis y simulaciones (Rodríguez Vidal & López Maroño, 2015, pág. 13).

2.10.1. Simulación con SolidWorks

Los complementos y herramientas de simulación con los que cuenta el programa permiten al

diseñador someter fácilmente sus diseños a las mismas condiciones a las que se expondrá en el

mundo real, permitiendo mejorar la calidad de sus productos, optimizar las geometrías y

materiales, y además reducir costos tanto en tiempo como en ahorro de prototipos para pruebas

reales (Rodríguez Vidal & López Maroño, 2015, pág. 14).

55

2.10.1.1. Análisis de elementos finitos (FEA)

Es un método numérico para resolver problemas de ingeniería mediante la simulación de

situaciones operantes de la vida real en computadoras. Los problemas típicos del análisis de

elementos finitos incluyen análisis estructural, corazón, transferencia de calor, flujo de fluidos,

mecánica del suelo, acústica y electromagnetismo. SolidWorks es un paquete integrado de

herramientas de software de ingeniería mecánica asistido por computadora desarrollado por

Dassault Systemes (DS). SolidWorks utiliza un conjunto de programas, incluido el módulo de

análisis de elementos finitos (SolidWorks Simulation), que se utiliza para facilitar un enfoque de

ingeniería concurrente para el diseño, análisis y fabricación de productos de ingeniería mecánica

(Shih, 2018, pág. 2).

2.10.1.2. Consideraciones de modelado de análisis de elementos finitos

El análisis de un problema de ingeniería requiere la idealización del problema en un modelo

matemático. Está claro que podemos analizar el modelo matemático seleccionado y que todos los

supuestos de este modelo se reflejarán en los resultados pronosticados. No podemos esperar más

información en la predicción que la información contenida en el modelo. Por lo tanto, es crucial

seleccionar un modelo matemático apropiado para que no podamos predecir la respuesta

exactamente porque es imposible formular un modelo matemático que represente toda la

información contenida en un sistema real (Shih, 2018, pág. 3).

Como regla general, el modelado de elementos finitos debe comenzar con un modelo simple.

Una vez que un modelo matemático se ha resuelto con precisión y se han interpretado los

resultados, es factible considerar un modelo más refinado para aumentar la precisión de la

predicción del sistema real. Por ejemplo, en un análisis estructural, la formulación de las cargas

reales en modelos apropiados puede cambiar drásticamente los resultados del análisis. Los

56

resultados del modelo simple, combinados con una comprensión del comportamiento del sistema,

nos ayudarán a decidir si y en qué parte del modelo queremos usar mejoras adicionales.

Claramente, el modelo más complicado incluirá efectos de respuesta más complejos, pero también

será más costoso y, a veces, más difícil de interpretar las soluciones (Shih, 2018, pág. 3).

2.10.1.3. Tipos de elementos finitos

El método de análisis de elementos finitos es una técnica de solución numérica que encuentra

una solución aproximada dividiendo una región en pequeñas subregiones. La solución dentro de

cada subregión que satisface las ecuaciones de gobierno se puede alcanzar de manera mucho más

simple que la requerida para toda la región. Las subregiones se denominan elementos, y los

elementos se ensamblan a través de la interconexión de un número finito de puntos en cada

elemento llamado nodos. Se pueden encontrar numerosos tipos de elementos finitos en el

software comercial FEA, y se están desarrollando nuevos tipos de elementos a medida que se

realizan investigaciones en todo el mundo. Dependiendo de las dimensiones, los elementos

finitos se pueden dividir en tres categorías (Shih, 2018, pág. 4).

2.10.1.3.1. Elementos lineales unidimensionales: Elementos de armadura,

viga y límites

Figura 16. Elementos lineales unidimensionales

Fuente: (Shih, 2018, pág. 4)

57

2.10.1.3.2. Elementos planos bidimensionales: tensión plana, deformación

plana, eje simétrico, elementos de membrana y carcasa

Figura 17. Elementos planos bidimensionales

Fuente: (Shih, 2018, pág. 4)

2.10.1.3.3. Elementos de volumen tridimensional: elementos tetraédricos,

hexaédricos y de ladrillo.

Figura 18. Elementos de volumen tridimensional

Fuente (Shih, 2018, pág. 4)

Típicamente, las soluciones de elementos finitos que usan elementos lineales unidimensionales

son tan precisas como las soluciones obtenidas usando teorías convencionales de armaduras y

vigas. Por lo general, es más fácil obtener resultados de FEA que hacer cálculos manuales

utilizando teorías convencionales. Sin embargo, existen muy pocas soluciones de forma cerrada

58

para elementos bidimensionales y casi ninguna para elementos sólidos tridimensionales (Shih,

2018, pág. 5).

En teoría, todos los diseños podrían modelarse con elementos de volumen tridimensional. Sin

embargo, esto no es práctico ya que muchos diseños se pueden simplificar con suposiciones

razonables para obtener resultados FEA adecuados sin pérdida de precisión. El uso de modelos

simplificados reduce en gran medida el tiempo y el esfuerzo para llegar a las soluciones de FEA

(Shih, 2018, pág. 5).

2.11. Blender

Blender es una herramienta multiplataforma de modelado 3D, que permite diseñar objetos,

personajes y escenas en tres dimensiones, estos elementos pueden ser animados de una manera

muy sencilla mediante una técnica conocida como keyframing o conocida como animación por

fotogramas clave (Suau Pérez, 2011, pág. 13).

2.12. InVensalius

Es un software médico para el uso de tecnologías tridimensionales de origen brasileño, que se

utiliza para reconstruir imágenes médicas DICOM o resonancias magnéticas y convertirlas en

modelos tridimensionales, los mismo que se pueden imprimir en 3D para tener una réplica exacta

de los órganos, huesos entre otros, de esta manera ayuda a los cirujanos a previsualizar como

realizar una intervención simple y compleja además puede anticiparse a las posibles

complicaciones (Bebis, y otros, 2015, pág. 48).

2.12.1. Importación DICOM

Invesalius Importa archivos DICOM con GDCM (Grassroots DICOM), que admite compresión

JPEG 2000, además, la biblioteca se compone de métodos para verificar la orientación de los

59

volúmenes de imagen (axial, coronal, sagital u oblicuo) y clasificar los cortes al mismo tiempo se

implementó una clase para clasificar los archivos DICOM teniendo en cuenta la información del

paciente y de la serie. es común que un examen de un paciente único contenga varias series como,

por ejemplo, en el caso de la tomografía computarizada, la adquisición se puede utilizar para

mostrar con mayor claridad los huesos y otras posiciones utilizando agentes de contraste para una

mejor visualización del sistema vascular (Bebis, y otros, 2015, pág. 49).

Para complementar la idea anterior, de acuerdo con Bebis, y otros (2015), después de

realizar una secuencia de importación de archivos DICOM, Invesalius apila las imágenes y

aplica un algoritmo de interpolación de acuerdo con el espacio que se indica en el campo

apropiado de DICOM fil, considerando el espacio en los ejes X e Y. es importante mantener la

dimensión real al realizar mediciones o exportar el modelo como una técnica de memoria de

mapeo de archivos de malla STL para acceder a ella (Bebis, y otros, 2015, pág. 49).

2.13. Herramienta QFD

El método de despliegue de la función de calidad llamada QFD que por sus siglas en inglés

Quality Function Deployment, es una técnica dentro de la planificación de la calidad que se utiliza

para traducir los requerimientos del cliente en requisitos apropiados para la organización en cada

etapa, desde la investigación y el desarrollo de productos, hasta la fabricación de los mismos ,

también se puede emplear como una herramienta de mejora continua, es recomendable aplicar esta

herramienta en un grupo de trabajo multidisciplinario, donde se debe reunir las personas

responsables de los diferentes departamentos (Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo,

2006, pág. 116).

60

2.13.1. Orígenes del QFD

En el año de 1966 en Japón el profesor Yoki Akao presento por primera vez la técnica QFD,

seguidamente por K. Shipyard (Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.) en el año de 1972 en Japón se

presentó la aplicación de esta técnica de manera formal, consecuentemente en 1977 en Toyota se

obtuvieron resultados espectaculares, a partir de este año Toyota origino que sus proveedores

utilicen la herramienta QFD. En Estados Unidos la primera empresa que utilizo esta metologoa

fue Ford Motor y en sus proveedores en junio de 1984, a través del Doctor Don Clausing, del MIT,

desde los años noventa se aplicó también en la industria europea (Sangüesa Sánchez, Dueñas, &

Ilzarbe Izquierdo, 2006, pág. 116).

2.13.2. Modo de empleo del QFD

El QFD es una herramienta en la que deben participar todas las áreas como marketing, calidad,

producción entre otras, dentro de una empresa u organización por lo cual se contara con el personal

especializado, generalmente el grupo que desarrolla el QFD está constituido de cinco a ocho

personas y se encuentra liderada por un moderador que tiene conocimientos sólidos en esta

herramienta (Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo, 2006, pág. 116).

2.13.3. Propósito del QFD

Esta herramienta llamada QFD tiene los siguientes propósitos fundamentales

Es una herramienta que permite desarrollar estrategias enfocadas a la identificación

dentro de un sector industrial.

Es una herramienta dinámica que permite vigilar permanentemente la percepción que

tiene los clientes del producto o del servicio.

Desplegar la calidad del producto o servicio, es decir el diseño del producto y del

servicio sobre la base de las necesidades y requerimientos del cliente.

61

Desplegar la función de calidad en todas las actividades y funciones de la administración

de la empresa.

2.13.4. Matrices del QFD

Como resultado del despliegue en el QFD se generan varias matrices, las cuales nos permiten

establecer relaciones entre entidades deseadas por una parte y por otra parte herramientas

incorporadas a la métrica.

2.13.4.1. La casa de la calidad

De acuerdo con Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo (2006) la casa de la calidad

conocida como House Of Quality es una parte importante dentro del QFD, sin embargo esta matriz

es la primera en construir en un proceso QFD, siendo ademas la mas compleja y completa del

proceso de esta matriz, el completar esta matriz supone un trabajo muy serio y de bastante duración

es la base del proyecto QFD debido que de esta fase se derivan todas las demás , a todo esto, si

esta fase no se lleva a cabo adecuadamente el resto del QFD perderá gran parte de su eficacia

(Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo, 2006, pág. 117).

2.13.4.1.1. Los QUÉS: la voz del cliente

Es la etapa del proceso en la que se determinan los requerimientos del cliente llamados los

QUÉS y se denominan la voz del cliente, se realizan grupos de sesiones con los clientes para tratar

de averiguar lo que ellos buscan en el producto consecutivamente se debe realizar una lista de los

requerimientos, pero se debe tener mucho cuidado al elaborar la lista ya que la mayoría de los

clientes declaran sus requerimientos como una solución al problema que se les presenta en lugar

de una declaración del valor al servicio de esta forma la información obtenida a través del cliente

se debe colocar en la primera matriz de la casa de la calidad (Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe

Izquierdo, 2006, pág. 118).

62

2.13.4.1.1.1. Modelo de Kano

Para entender la voz del cliente generalmente se utiliza el modelo de Kano que es una

herramienta de la gestión de la calidad que sirve para entender el papel que tienen las distintas

necesidades para la satisfacción del cliente, de acuerdo con este modelo las necesidades se

clasifican en básicas, de prestaciones y de entusiasmo, en la Figura 19 se muestra la representación

del método de Kano (Ruiz & Rojas, 2009, pág. 8).

Figura 19. Modelo de Kano

Fuente: Elaboración propia basada en (Subra & VANNIEUWENHUYZE, 2018, pág. 97)

2.13.4.1.1.1.1. Necesidades básicas

Son aquellas necesidades que se supone que el producto debe tener para satisfacer las

expectativas del cliente (Ruiz & Rojas, 2009, pág. 9).

2.13.4.1.1.1.2. Necesidades de prestaciones

Son aquellas necesidades que se pueden medir por el cliente y las mismas sirven para que el

consumidor pueda comparar las características de un producto o servicio con otros competidores

(Ruiz & Rojas, 2009, pág. 9).

63

2.13.4.1.1.1.3. Necesidades de entusiasmo

Son aquellas que satisface necesidades no previstas por el cliente y sirven para diferenciar el

producto o servicio y fidelizar al cliente (Ruiz & Rojas, 2009, pág. 9).

2.13.4.1.2. Evaluación competitiva: Importancia para el cliente

No todos los requerimientos del cliente tienen la misma importancia para él, por otra parte, al

cliente se le pide que cuantifique en una escala de 1 (poco importante) a 5 (muy importante) la

importancia de cada uno de los requisitos, esta información se la coloca en el matriz número 2 de

la casa de la calidad (Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo, 2006, pág. 119).

2.13.4.1.3. Vector CÓMOS: característica de diseño

En esta fase consiste en enumera las características del producto las mismas que contribuirán a

satisfacer los requerimientos del cliente, para cada uno de los QUÉS del cliente hay que buscar la

manera de satisfacerlo, es decir, el cómo que deben estar en términos cuantificables y deben

reflejar los verdaderos requerimientos del cliente (Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo,

2006, pág. 120).

2.13.4.1.4. Matriz de relaciones

Esta matriz se encuentra en el centro del QFD, además en esta etapa consiste en colocar una

cuantificación en la relación que exista entre los QUÉS y los CÓMOS, para hacer esta ponderación

clasificamos entre 0 y 9 la relación entre cada QUÉ y cada CÓMO siendo 0= sin relación, 1= baja

relación, 3= media relación y 9= alta relación (Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo,

2006, pág. 120).

64

2.13.4.1.5. Dificultad organizacional

La matriz de dificultar organizacional muestra a través de una ponderación numérica que tan

difícil o fácil es implementar alguna acción CÓMO, esta ponderación puede realizarse

considerando aspectos, tales como el tiempo necesario, recursos económicos y personas

involucradas (Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo, 2006, pág. 121).

2.13.4.1.6. Vector cuántos: Objetivo para las características del diseño

En esta etapa del QFD se fijan objetivos para cada una de las características del producto final

(Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo, 2006, pág. 121).

2.13.4.1.7. Evaluación competitiva técnica

En este apartado del QFD consiste en comparar el cumplimiento de acciones, de la empresa y

la competencia contra los objetivos de diseño, esto implica investigar a la competencia en cada

una de las acciones planteadas, por lo cual debe ser realizadas por personas que están directamente

involucradas en el proceso (Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo, 2006, pág. 122).

2.13.4.1.8. Ponderación CÓMOS: Importancia técnica de las

características del diseño

En este aportado del QFD consiste en proporcionar la importancia de cada CÓMO en el

cumplimiento de los requerimientos QÚES, la cual está en función del grado de importancia de

los requerimientos y del tipo de relación (Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo, 2006,

pág. 122).

65

2.13.4.1.9. Matriz de correlaciones

Por ultimo en el QFD se tiene la matriz de correlaciones la misma que se establecen entre los

CÓMOS y se representa el impacto de una acción sobre otra al momento de realzarse (Sangüesa

Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo, 2006, pág. 122).

2.14. Metodología de Diseño y desarrollo de productos de Ulrich

Es una metodología utilizada para el diseño y desarrollo de productos desarrollada por Karl

Urich, es una metodología fácil de entender y seguir debido a que ese explica paso a paso el

procedimiento estructurado a seguir, esta metodología siempre busca el trabajo en equipo y la

mejora continua.

2.14.1. Planeación

En esta etapa se la empieza a desarrollar en base a las fuentes de información analizadas hacia

el problema con el propósito de direccionar la solución y orientación estratégica (Ulrich &

Eppinger, 2009, pág. 15).

2.14.2. Desarrollo del concepto

Es esta etapa donde se identifica las necesidades del mercado objetivo, donde se genera y se

evalúa conceptos alternativos del producto, y uno o más conceptos se seleccionan para un

desarrollo y pruebas adicionales, en donde un concepto es la descripción de la forma, función y

características de un producto, por lo general va acompañado por un conjunto de especificaciones,

un análisis de producto de la competencia (Ulrich & Eppinger, 2009, pág. 15).

2.14.3. Diseño en el nivel Sistema

En esta etapa se encuentra fundamentada en la arquitectura del producto y la descomposición

del producto en subsistemas y componentes de una de las alternativas producidas en la eta anterior

66

tomando en cuenta la viabilidad de su funcionalidad, donde se detallan los planos iniciales para el

sistema de producción y el esquema de ensamble final para el sistema de producción suelen

definirse también en esta fase por lo cual al terminar esta etapa por lo general comprende un diseño

geométrico del producto, una especificación funcional de cada uno de los subsistemas del producto

y un diagrama de flujo preliminar del proceso de ensamble final (Ulrich & Eppinger, 2009, pág.

15).

2.14.4. Diseño de detalle

En esta etapa incluye las especificaciones completas de la geometría, materiales y tolerancias

de todas las partes únicas del producto y la identificación estándar de todas las partes por lo cual

se establece un diseño de proceso y se diseña el herramental para cada pieza a ser fabricada dentro

del sistema de producción, para finalizar la salida de esta etapa es la documentación detallada de

control del producto, es decir los dibujos o archivos de computadora que describen la geometría

de cada una de las piezas y su herramental de producción, las especificaciones de las piezas

compradas y los planes de proceso para la fabricación y ensamble del producto, es necesario

realizar una selección de materiales para cada componente del producto (Ulrich & Eppinger, 2009,

pág. 16).

2.14.5. Pruebas y refinamiento

Esta etapa comprende la construcción y evaluación de varias versiones de reproducción del

producto, a propósito los primeros prototipos conocidos como alfa generalmente se construyen

con las piezas destinadas para la construcción, es decir piezas con la misma geometría y

propiedades de material que la versión del producción del producto de esta manera los prototipos

alfa se prueban para determinar si el producto funcionara como está diseñado y si el producto

satisface las necesidades de los clientes clave, así pues los prototipos siguientes conocidos como

67

beta por lo general son construidos con piezas obtenidas de los procesos destinados a producción

pero no se pueden ensamblar usando el proceso e de ensamble final pretendido, en efecto los

prototipos beta son evaluados exhaustivamente en forma interna y generalmente son probados por

clientes en su propio ámbito de uso (Ulrich & Eppinger, 2009, pág. 16).

2.15. Estado del arte

En la búsqueda realizada en Scopus con las palabras claves “sports facial protection mask” se

ha encontrado 136 resultados en revistas, en las mismas que ninguna tiene relación con el diseño

de una máscara de protección facial deportiva a través de imágenes médicas DICOM.

En la búsqueda realizada en el Repositorio Institucional de la Universidad de las Fuerzas

Armadas ESPE en la carrera de Ingeniería mecánica e Ingeniería Mecatrónica no se ha encontrado

resultados de ningún tipo de máscaras de protección facial deportivas.

En la búsqueda realizada en el Repositorio de la Escuela Politécnica Nacional en la facultad de

Ingeniería mecánica no se ha encontrado resultados de ningún tipo de máscaras de protección

facial deportivas.

En los resultados de buscar en Google Pantent se ha encontrado que en los Estados Unidos Fred

R. Dunning, Brecksville, Ohio, cedente de Dungard, Inc., Brecksville, Ohio, una corporación de

Ohio presentada el 29 de enero, 1965, Ser. 429,039 6, la presente invención se refiere a máscaras

faciales para sujetar a los cascos de futbol americano para proteger las caras de los jugadores usan

las mismas, dicha máscara facial es de una sola pieza, es duradera y está hecha de aluminio

recubierto de plástico, siendo el recubrimiento plástico un recubrimiento delgado de cloruro de

polivinilo aplicado por un polvo fundido proceso de recubrimiento que proporciona un

68

recubrimiento duro que también cubre de manera muy uniforme cualquier borde afilado en el

núcleo estampado (Estados Unidos Patente nº US3319261A, 1967).

En los resultados de Google Academic se ha encontrado un artículo sobre el Análisis y

modelado 3D de mascara facial deportiva basada en material compuesto, el trata sobre el análisis

mecánico de una máscara facial deportiva para jugadores de básquetbol en el mismo que

emplearon un material compuesto formado por fibras de yute, cascara de nuez pecana pulverizada

y resina poliéster para realizar su estudio, por lo que utilizaron la cara de un maniquí, empleando

la técnica de escáner 3D y el modelado 3D. El análisis dinámico estructural por medio de

elementos finitos permite mostrar el comportamiento de la máscara facial deportiva ante el impacto

de una masa considerada de forma esférica de fuerza 30G, la cual es capaz causar una dislocación

de la nariz del jugador (Cano Lara, Montaño Pérez, Flores Patiño, Juárez Ríos, & Rostro González,

2018).

2.16. Marco ético y legal

El Código de Ética de la Universidad Central Del Ecuador en el Art. 1 tiene como objeto

promover, propiciar e impulsar la reflexión y cumplimiento de la ética por parte de las y los

miembros de la comunidad universitaria (Ecuador, 2013).

En el Art. 2 hace referencia a las disposiciones del Código de Ética de la Universidad Central Del

Ecuador deben ser cumplidas por autoridades, investigadores, docentes, estudiantes, empleados y

trabajadores, quienes están obligados a actuar éticamente en todas las actividades que desempeñen

en la Institución, en su calidad de miembros de la comunidad universitaria, en las unidades

académicas y administrativas, sedes y extensiones; organismos colegiados, académicos y

administrativos; organizaciones gremiales y de servicio de la Institución; o en las actividades de

su esfera personal que afecten a la Institución (Ecuador, 2013).

69

De acuerdo a la investigación el Instituto Ecuatoriano de Normalización (INEN), no posee una

reglamentación para máscaras de protección facial deportivas, en dicha búsqueda se encontró la

Norma Técnica Ecuatoriana RTE INEN 181 “Equipos de Protección Respiratoria” el mismo que

entro en vigencia el 08 de noviembre de 2014.

Cada individuo tiene derecho de proteger su información personal eso implica que la

información no sea difundida sin el consentimiento del mismo, en este caso específico para este

proyecto de Diseño de una máscara de protección facial deportiva el uso de las imágenes médicas

DICOM del cráneo del usuario serán totalmente confidenciales no se dará un uso incorrecto de

las imágenes médicas DICOM de ningún paciente debido a que es información confidencial, para

asegurar la confidencialidad se utilizaran códigos especiales únicos de identificación, es decir en

lugar de utilizar los nombres y apellidos reales se asignaran códigos personales para la

identificación del usuario.

70

CAPÍTULO III

METODOLOGÍA

El presente proyecto se lo ha definido como un estudio de tipo exploratorio, el mismo que tiene

como finalidad examinar a profundidad el diseño de una máscara de protección facial mediante el

manejo de programas de diseño y simulación, lo cual facilitara analizar la antropometría facial del

usuario, la selección de materiales adecuados que se deben usar para la fabricación y el proceso

idóneo que se debe realizar para el diseño, de manera que permite tener un aporte práctico y

técnico en el campo de la innovación, tomando en cuenta que será el primer diseño en Ecuador de

una máscara de protección facial.

3.1. Metodología

Se empleó la metodología del libro de Diseño y Desarrollo de Productos de Karl T. Ulrich,

debido al alcance y las limitaciones del proyecto se presenta hasta el punto de pruebas y

verificación, la misma que se complementa con la validación.

3.1.1. Fase 1

3.1.1.1. Planeación

Se realizó un análisis tipológico de máscaras de protección facial deportivas para analizar la

forma, funcionalidad, colores, textura, materiales y todas sus partes.

3.1.2. Fase 2

3.1.2.1. Desarrollo del concepto

Se empezó a desarrollar en base a los siguientes puntos:

71

3.1.2.2. Identificación de necesidades del cliente

En este punto se lo empezó a desarrollar en base a los requerimientos del cliente a través de una

entrevista, por lo cual se tomará el tamaño de la muestra de Griffin & Hauser (1993) que índica la

página 78 del libro de Karl T. Ulrich que señala el diagrama de porcentaje de necesidad

identificadas – número de entrevistas, posteriormente se procederá interpretar los requerimientos

para transformar las necesidades del cliente en los que QUÉS de la matriz QFD.

A continuación, se procedió a organizar las necesidades interpretadas del cliente mediante un

diagrama de afinidad para determinar los QUÉS más relevantes para realizar el método de Kano.

Posteriormente se realizó una espina de pescado con los QUÉS para determinar los CÓMOS

de la matriz QFD y a continuación se ejecutó un diagrama de afinidad con los CÓMOS para

obtener los CÓMOS más relevantes, los mismos que serán colocados en la matriz QFD.

Finalmente se realizó la importancia relativa de los QUÉS dentro de la matriz QFD, los mismos

que representan el grado de importancia sobre la decisión de compra del cliente, se ejecutó

mediante una ponderación del 1 al 5, donde 1 significa que la característica es irrelevante en la

decisión de compra y 5 que es extremadamente importante.

3.1.2.3. Establecer especificaciones objetivo

Se realizó un análisis competitivo a través de un benchmarking de las máscaras de protección

facial deportiva, las mismas que se colocaran en la matriz QFD para realizar una evaluación

competitiva, finalmente se desarrolló el diagnóstico de la matriz QFD (punto crítico, conflicto,

importancia técnica, ventaja competitiva, área de oportunidad, indispensable mejorar, evaluación

pobre, matriz de diagnóstico).

72

3.1.2.4. Generación de conceptos

Se realizó un mapa mental a través de una lluvia de ideas para generar conceptos alternativos

para el diseño de la máscara de protección facial deportiva, posteriormente, se desarrolló la

estructura funcional de la máscara de protección facial deportiva.

3.1.2.5. Selección del concepto

Se seleccionó el concepto que cumplió con las especificaciones y el diagnóstico de la matriz

QFD, además se tomó en cuenta la forma, superficie y simplicidad de cada concepto para ver cual

se puede adaptar de mejor manera a las especificaciones, a continuación, se desarrolló los bocetos

del concepto seleccionado, finalmente mediante una encuesta realizada a las mismas personas de

la entrevista se escoge el boceto.

3.1.3. Fase 3

3.1.3.1. Diseño en el nivel sistema

En esta etapa se escogió cada parte de la máscara de protección facial deportiva tomando en

cuenta como es la forma y función, posteriormente con cada una de estas partes escogidas se

procederá a generar una matriz de selección para la toma de decisiones de los componentes

obtenidos mediante una ponderación para el diseño final de la máscara de protección facial

deportiva. Finalmente, para la parte seleccionada anteriormente se elige un material idóneo

mediante una carta de selección de materiales.

73

3.1.4. Fase 4

3.1.4.1. Diseño en detalle

Se realizó el modelado 3D de cada uno de los componentes obtenidos en la fase anterior, para

generar el modelo 3D de la máscara se debe seguir el siguiente procedimiento.

3.1.4.1.1. Tratamiento de las imágenes médicas DICOM en Invensalius

En el programa a través de las imágenes médicas DICOM del cráneo se generó un modelo 3D

del cráneo del usuario el cual es anatómicamente real, el mismo que se exportó en forma STL.

3.1.4.1.2. Modelado digital en Blender

En el programa se abrió el modelo 3D generado anteriormente, con el mismo que se procedió

a diseñar la máscara de protección facial deportiva y sus componentes sobre el cráneo, los mismos

que fueron exportados en formato Standard Triangle Language (STL).

3.1.4.1.3. Planos

En el software Solid Works se abrió el modelo 3D de la parte principal de la máscara de

protección facial deportiva y de sus componentes generados anteriormente, posteriormente se

realizó el plano conjunto y los planos detalle de cada componente.

3.1.4.1.4. Selección de materiales

Para la selección de materiales se tomó en cuenta la función, objetivos, restricciones y variables

libres del material, a través de una carta e índice de materiales se realizó la selección del material

apropiado para componente de la máscara de protección facial deportiva.

74

3.1.4.1.5. Cálculos de Ingeniería

Se realizó los cálculos de algunos componentes y del cuerpo principal de la máscara de

protección facial deportiva como son:

Elongación del material de la correa bajo una carga axial

Esfuerzo cortante

Análisis estático del cuerpo principal de la máscara

3.1.4.1.6. Simulación en SolidWorks

En el programa se realizó el ensamble respectivo de los componentes de la máscara de

protección facial deportiva para ejecutar una simulación de impacto.

3.1.5. Fase 5

3.1.5.1. Fabricación

Se realizó un diagrama de flujos del proceso de fabricación de la máscara facial deportiva.

También se definió las características del producto y procesos, las mismas que fueron

documentadas mediante fotografías que se presentan en anexos.

3.1.6. Fase 6

3.1.6.1. Pruebas y refinamiento

En esta etapa se realizó una validación con el usuario de la máscara de protección facial

deportiva, la misma que será documentada en fotografías. Finalmente, en esta etapa se procedió a

realizar una matriz de funcionalidad de la máscara de protección facial deportiva en la misma que

se desarrolló las pruebas de:

Peso total de la máscara

75

Prueba de impacto mediante una aplicación móvil de acelerómetro

Pruebas de absorción de impacto del material mediante energía potencial gravitatoria

Pruebas de que el diseño digital es óptimo.

Prueba de absorción de agua del material interno

Prueba de cuánto tiempo se demora en colocarse la máscara

Prueba de que no afecta la visión la máscara al momento de ejercer un deporte

76

CAPÍTULO IV

RESULTADOS

4.1. Resultados Fase 1

4.1.1. Planeación

4.1.1.1. Análisis de Producto (Análisis Tipológico)

Se realizó un análisis tipológico de máscaras de protección facial deportivas actuales

presentadas a continuación en las Tablas 2,3,4 y 5.

Tabla 2. Análisis Tipológico 1 de máscaras de protección facial deportiva

Máscara de protección facial deportiva transparente

Imagen

Descripción

Máscara protectora para la práctica deportiva especialmente indicada en

casos de lesiones de tabique nasal, pómulos, cejas y/o frente. Adaptable

mediante cintas ajustables. Talla única. Color transparente.

Dimensiones Longitud de la frente: 20 cm

Longitud de los pómulos: 15 cm

Longitud frente – nariz: 12 cm

Material Policarbonato y con espumas conformables

Ventajas Su diseño permite al usuario la máxima visión en la práctica deportiva

77

Máscara de protección facial deportiva transparente

Correas ajustables.

Configuración Superficies curvas

Fuente: Elaboración propia basada en (Mueller, 2017)


Máscara de protección facial deportiva Qian Cheng Máscara Facial Guardia Nariz

Imagen

Descripción Protección eficaz para la cara, lo que permite que los jugadores para la

práctica de su deporte favorito con la máxima seguridad, ligereza extrema y

aspecto exclusivo, es de talla única.

Dimensiones Longitud de los pómulos: 12 a 14 cm

Material Fibra de carbono.

Ventajas Proporciona una alta protección para toda el área de cara sin influir en la visión

periférica.

Correas ajustables.

Configuración Superficies curvas.

Fuente: Elaboración propia basada en (Cheng, 2017)

78


Protector de nariz para la cara, máscara protectora L2

Imagen

Descripción Protección eficaz para las narices que necesitan sanación; elimina la posible

agravación de la lesión permitiendo a los atletas jugar al deporte incluso

antes de que el proceso de curación esté completo.

Dimensiones Longitud de los pómulos: 12 a 15 cm

Material Policarbonato

Ventajas El protector de nariz garantiza una protección completa para la nariz sin

ninguna obstrucción a la visión.

Correas ajustables.

Configuración Superficies Curvas.

Fuente: Elaboración propia basada en (Cheng, 2017)


SafeTGard máscara protectora para la nariz

Imagen

79

SafeTGard máscara protectora para la nariz

Descripción Máscara protectora para la práctica deportiva especialmente indicada en

casos de lesiones de tabique nasal.

Dimensiones Talla única

Material Funda protectora de acrílico Marco

Ventajas Diseñada para no interferir con la visión normal.

Correas ajustables.

Configuración Superficies Curvas.

Fuente: Elaboración propia basada en (SafeTGard, 2009)

4.1.1.2. Observación en uso

En el análisis tipológico realizado anteriormente se observó que el material más usado para la

parte principal de las máscaras de protección facial deportiva es el policarbonato, debido a que es

un polímero resistente al impacto y es un material relativamente blando que se puede manipular

fácilmente mediante un proceso de termoformado, además las máscaras de protección facial

deportiva son fabricadas con medidas estándar y cuenta con correas regulables para ajustar la

máscara al rostro del usuario. Sin embargo, estas máscaras no se pueden acoplar de una manera

anatómicamente precisa al rostro del usuario por sus medidas genéricas y el policarbonato no es

un material liviano lo que puede afectar la comodidad y el desempeño del usuario al momento de

practicar un deporte.

80


4.2.1. Desarrollo del concepto

4.2.1.1. Identificación de necesidades del cliente

Para identificar las necesidades del cliente se realizó una entrevista a 7 personas que practiquen

algún tipo de deporte de contacto como es el fútbol, rugby y el básquetbol que hayan sufrido una

lesión nasal, el modelo de la entrevista se presenta en el Anexo A. En la Figura 20 se muestra que

se cubre el 85% de las necesidades de clientes por lo cual en el Anexo B se presenta una lista de

los requerimientos más importantes del cliente y la traducción de los mismo en los QUÉS de la

matriz QFD.

Figura 20. Diagrama de Porcentaje de necesidad - número de entrevistas

Fuente: (Ulrich & Eppinger, 2009, pág. 78)

4.2.1.1.1. Diagrama de afinidad de los QUÉS para la matriz QFD

Se organizó las necesidades interpretadas del cliente mediante un diagrama de afinidad para

obtener los que QUÉS más relevantes de la matriz QFD que se muestra en las Figuras 21 y 22.

81

Figura 21. Diagrama de afinidad de los QUÉS parte 1. A) Factibilidad de limpieza, B) Resistente a

golpes físicos, C) Que sea liviana, D) Factibilidad de transportación

Fuente: Elaboración propia

82

Figura 22. Diagrama de afinidad de los QUÉS parte 2. E) Anatómicamente precisa al rostro, F) Evite

el sudor, G) Repuestos existentes en el mercado ecuatoriano, H) Especificaciones de uso


4.2.1.1.2. Método de kano

Se realizó una encuesta a las mismas personas de la entrevista, cuyas preguntas han sido

generadas en base a los títulos de las categorías definidas anteriormente en el diagrama de afinidad

en este caso específico de los QUÉS; estas preguntas han sido formuladas a través de

requerimientos funcionales y disfuncionales. Que se presenta en el Anexo C.

83

En la Tabla 6, se observa la evaluación del modelo de Kano donde a los atributos básicos A

(Atractivos), U (Unidimensionales) y O (Obligatorios) se los agrega otros nuevos: D (respuesta

Dudosa), Inv. (pregunta Inversa) e I (Indiferencia ante el requerimiento considerado en la

pregunta), a continuación, se muestra los resultados obtenidos.

Tabla 6. Referencia Evaluación de Kano

Requerimiento de los

clientes

Disfuncional.

1 2 3 4 5

Funcional. 1 D A A A U

2 Inv. I I I O

3 Inv. I I I O

4 Inv. I I I O

5 Inv. Inv. Inv. Inv. D


Se realizó un análisis de la pregunta en forma funcional y disfuncional formulada en base al

título “factibilidad de limpieza” obtenido en el diagrama de afinad de los QUÉS, mediante la Tabla

7 se concluye que al 57% les parece un requerimiento atractivo y el 43% piensan que es un

requerimiento indiferente que no es malo ni bueno para ellos.

84

Tabla 7. Interpretación 1 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de

kano

Requerimiento de los clientes Disfuncional.

Si la máscara de protección facial deportiva no

se puede limpiar con facilidad

1 2 3 4 5

Funcional.

Si la máscara de protección facial

deportiva se puede limpiar con

facilidad

1 4 (A)

2 2 (I)

3 1 (I)

4

5



título “resistente a golpes físicos” obtenido en el diagrama de afinad de los QUÉS, mediante la

Tabla 8 se concluye que al 57% les parece un requerimiento atractivo y el 43% piensan que es un

requerimiento indiferente que no es malo ni bueno para ellos.

Tabla 8 Interpretación 2 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de

kano



es resistente a golpes físicos

1 2 3 4 5

Funcional. 1 4 (A)

2

2 (I)

85



es resistente a golpes físicos

1 2 3 4 5


deportiva es resistente a golpes

físicos

3 1 (I)

4

5



título “anatómicamente precisa al rostro” obtenido en el diagrama de afinad de los QUÉS,

mediante la Tabla 9 se concluye que al 57% les parece un requerimiento atractivo, 29% piensan

que es un requerimiento indiferente que no es malo ni bueno para ellos y el 14% no se encuentra

satisfecha con este requerimiento por el resultado inverso que mencionó.




es anatómicamente precisa al rostro

1 2 3 4 5

Funcional. 1 4 (A)

2

1 (I) 1 (I)

3

86



es anatómicamente precisa al rostro

1 2 3 4 5


deportiva es anatómicamente precisa

al rostro

4

5

1 (Inv)



título “evite el sudor” obtenido en el diagrama de afinad de los QUÉS, mediante la Tabla 10 se

concluye que al 43% les parece un requerimiento atractivo, el 29% piensan que es un requerimiento

indiferente que no es malo ni bueno para ellos, el 14% cree que es un requerimiento

unidimensional por la misma razón debe ser tomado en cuenta para competir en el mercado, y el

14% se confundió al momento de responder por lo cual dio como resultado que su respuesta es

dudosa




evita el sudor

1 2 3 4 5

Funcional. 1 1 (D) 3 (A) 1 (U)

2

87



evita el sudor

1 2 3 4 5


deportiva evita el sudor

3 1 (I)

4

1 (I)

5



título “que sea liviana” obtenido en el diagrama de afinad de los QUÉS, mediante la Tabla 11 se

concluye que al 57% les parece un requerimiento atractivo, el 29% piensan que es un requerimiento

indiferente que no es malo ni bueno para ellos y el 14% no se encuentra satisfecha con este

requerimiento por el resultado que mostro es inverso.




es liviana

1 2 3 4 5

Funcional.


deportiva es liviana

1 4 (A)

2

1 (I) 1 (I)

3

4

88



es liviana

1 2 3 4 5

5 1 (Inv)



título “repuestos existentes en el mercado ecuatoriano” obtenido en el diagrama de afinad de los

QUÉS, mediante la Tabla 12 se concluye que al 57% les parece un requerimiento atractivo y al

43% piensan que es un requerimiento indiferente que no es malo ni bueno para ellos.




tiene repuestos en el mercado ecuatoriano

1 2 3 4 5

Funcional.


deportiva tiene repuestos en el

mercado ecuatoriano

1 4 (A)

2 2 (I)

3 1 (A)

4

5



título “factibilidad de transportación” obtenido en el diagrama de afinad de los QUÉS, mediante

89

la Tabla 13 se concluye que al 43% les parece un requerimiento atractivo, el 43% piensan que es

un requerimiento indiferente que no es malo ni bueno para ellos y el 14% se confundió al momento

de responder por lo cual dio como resultado que su respuesta es dudosa.




es de fácil transportar

1 2 3 4 5

Funcional.


deportiva es de fácil transportar

1 1 (D) 3 (A)

2

1 (I)

3

1 (I) 1 (I)

4

5



título “especificaciones de uso” obtenido en el diagrama de afinad de los QUÉS, mediante la Tabla

14 se concluye que al 43% les parece un requerimiento atractivo, el 43% piensan que es un

requerimiento indiferente que no es malo ni bueno para ellos y el 14 % cree que es un

requerimiento obligatorio que debe ser tomado en cuenta.

90




tiene manual de usuario

1 2 3 4 5

Funcional.


deportiva tiene manual de usuario

1 3 (A)

2 1 (I) 1 (O)

3 2 (I)

4

5


4.2.1.1.2.1. Análisis reflexivo del Mapa de atributos

En base a la Tabla 15 se puede observar que, en su porcentaje más alto, las preguntas calificaron

en un rango de “Atractivo”, por lo cual estas características como son la factibilidad de la limpieza,

resistente a golpes, repuestos existente en el mercado ecuatoriano, anatómicamente precisa al

rostro y que sea liviana son esenciales para el desarrollo de la máscara de protección facial

deportiva. De la misma manera, se pudo observar este mapa de atributos que la factibilidad de

transportación y las especificaciones de uso son requerimientos “Indiferentes”, se supone, que el

traslado de máscara de protección facial no es importante para los deportistas porque ellos cuentan

con una maleta amplia en la cual llevan sus implementos deportivos y no necesitan especiaciones

de uso debido a que es un producto sencillo y de pocos componentes.

91

Tabla 15. Mapa de atributos de la interpretación de los resultados de la encuesta del método de Kano

Requerimientos Atractivo

(A)

Unidimensional

(U)

Obligatorio

(O)

Respuestas

dudosas (D)

Pregunta

inversa

(Inv)

Indiferente

(I)

Total

(%)

Factibilidad de limpieza 57% 0% 0% 0% 0% 43% 100%

Resistente a golpes

57%

0%

0%

0%

0%

43%

100%

Anatómicamente precisa al

rostro

57 % 0% 0% 0% 14% 29% 100%

Evite el sudor 43% 14% 0% 14% 0% 29% 100%

Que sea liviana 57% 0% 0% 0% 14% 29% 100%

Repuestos existentes en el

mercado ecuatoriano

57% 0% 0% 0% 0% 43% 100%

Factibilidad de transportación 43% 0% 0% 14% 0% 43% 100%

Manual de usuario 43% 0% 14% 0% 0% 43% 100%


92

4.2.1.1.2.2. Análisis reflexivo de la Curva de atracción

En la Figura 23 se puede observar que la tendencia de los requerimientos sobre la curva de

atracción que se la representa con la letra C. La curva C representa que los clientes les sorprende,

deleite y entusiasma estos puntos. Es algo que habría de esperarse de un producto pensado en

deportistas que han sufrido lesiones nasales y desean continuar con sus actividades deportivas con

normalidad, de manera que va hacer personalizado anatómicamente exacto al rostro del cliente y

es muy innovador a nivel nacional. La especificación de uso y la factibilidad de transporte se

colocaron en la curva B esto quiere decir que es algo bueno que lo tenga, pero no molestaría que

no lo tuviera.

Figura 23. Curva de atracción


93

4.2.1.1.3. Diagrama de Ishikawa

En base con los QUÉS obtenidos en el diagrama de afinidad se realizó un diagrama de Ishikawa

para determinar los CÓMOS de la matriz QFD, que se muestran a continuación en las Figuras 24

y 25.

94

Figura 24. Diagrama de Ishikawa parte 1. A) Factibilidad de limpieza, B) Que sea liviana, C) Resistente a golpes, D) Repuestos existentes en

el mercado


95

Figura 25. Diagrama de Ishikawa parte 2. E) Anatómicamente precisa al rostro, F) Factibilidad de transportación, G) Evite el sudor, H)

Especificaciones de uso


96

4.2.1.1.3.1. Diagrama de afinidad de los CÓMOS para la matriz

QFD

Se organizó los CÓMOS de los diagramas de Ishikawa mediante un diagrama de afinidad para

obtener los CÓMOS más relevantes para la matriz QFD que se muestra a continuación en las

Figuras 26 y 27.

Figura 26. Diagrama de afinidad de los CÓMOS parte 1. A) Calidad de piezas, B) Manual de usuario,

C) No genere calor en el interior, D) Diseño computarizado, E) Pesto total, F) Tipo de material


97

Figura 27. Diagrama de afinidad de los CÓMOS parte 2. G) Tamaño total, H) Material interno suave,

I) Resistencia a la flexión, J) Resistente a la tensión, K) Material resistente al agua


4.2.1.2. Establecer especificaciones objetivo

Se realizó un análisis de comparaciones que se muestra en la Tabla 17, en las mismas que se ha

usado una escala del 1 al 5 que se muestra en la Tabla 16.

Tabla 16. Escala de medición de un análisis comparativo

Escala Significado

5 Mejor qué

Peor qué

3

1


98

Tabla 17. Análisis en función al confort y al material

Máscara de

transparente

SafeTGard

Máscara

protectora L2

Estabilidad al momento de ejercer el

deporte

3 3 3

Deja marcada la piel por el uso 2 2 3

Afecta la visibilidad 1 1 1

Fácil de colocarse 2 4 4

Correas regulables 5 5 5

Afecta la respiración 2 2 2

Adaptabilidad al rostro 3 4 3

Resistente al agua 5 5 5

Facilidad de limpiar 4 3 4

Facilidad de reparar 4 4 4

Ligera 4 3 5

Acoplarse correctamente al usuario 3 3 3

Resistente a golpes 3 3 3

Deja irritada la piel por el sudor 4 5 2

TOTAL 45 47 47


99

Mediante el análisis comparativo de confort y de material se puede observar que los principales

competidores son SafeTGard y la máscara protectora L2 convirtiéndose en nuestro competidor

directo ya que cumple con la mayoría de las características o estándares que debe cumplir una


4.2.1.2.1. Desarrollo de la matriz QFD

Para determinar el funcionamiento de la máscara de protección facial deportiva se realizó la

metodología QFD, donde el requerimiento principal es la voz del cliente que presentó en la Tabla

15, de acuerdo el análisis de la Tabla 17 los competidores directos son SafeTGard y la máscara

protectora L2.

4.2.1.2.1.1. QFD de la máscara de protección facial deportiva

En la Figura 28, se presenta los QUÉS de la matriz QFD, y en la Figura 29 se muestra la matriz

QFD la misma que transforma los requerimientos en especificaciones técnicas para el proceso de

diseño de la máscara de protección facial deportiva.

QUE'S

Que sea fácil de limpiar 5

Que sea resistente a golpes físicos 5

Que sea anatómicamente precisa al rostro 5

Que evite el sudor 4

Que sea liviana 4

Que cuente con repuestos existentes en el mercado ecuatoriano 3

Que sea fácil de transportar 3

Que tenga manual de usuario 2

Figura 28. QUÉS de la Matriz QFD


100

Figura 29. Matriz QFD


101

Para la Figura 29 se utilizó la escala de medición que se presenta en la Tabla 18.

Tabla 18. Escala de medición para la matriz QFD

Escala de medición para la matriz QFD

Diseño Computarizado Manual de usuario Material Resistente al agua

Alta Si el diseño de la máscara

es anatómicamente preciso

al rostro digital del usuario

Si el manual tiene un

máximo de 10 hojas

Si el material no absorbe

agua al momento de

mojarle

Media

Si el diseño de la máscara

no se ajusta

anatómicamente precisa al

rostro digital del usuario

en todas las superficies

Si el manual tiene un

máximo de 20 hojas

Si el material absorbe una

cantidad mínima de agua

Baja Si el diseño de la máscara

no es anatómicamente

preciso al rostro digital del

usuario

Si el manual tiene más de

20 hojas

Si el material absorbe agua

al momento de mojarle


En la Figura 29 se observa en la parte de los COMÓS de la matriz QFD la resistencia a la flexión

y resistencia a la tensión que son 14 MPa y 12 MPa correspondientemente, dichos valores se han

tomado de referencia del policarbonato debido a que los competidores directos fabrican las

máscaras con este tipo de material.

102

4.2.1.2.1.1.1. Dificultad organizacional

En la Figura 30, se muestra la dificultad organizacional que representa el nivel de dificultad que

se tiene para alcanzar un requerimiento de diseño CÓMOS.

Figura 30 Dificultad organizacional


103

4.2.1.2.1.2. Diagnóstico QFD

4.2.1.2.1.2.1. Puntos críticos

Análisis: En el análisis de la matriz QFD que se muestra en la Figura 31 se encontró como

punto crítico que sea fácil de limpiar en relación de que no genere calor en el interior. La

competencia como es Safe TGard presenta un diseño en el cual se puede limpiar la máscara de

protección facial de una manera práctica.

Propuesta: Se propone realizar un diseño simple para que el usuario pueda desarmar la

máscara de protección facial deportiva y realice de una manera fácil, práctica y sencilla la

limpieza de esta.

104

Figura 31. Punto Crítico


105

4.2.1.2.1.2.2. Conflicto


conflictos la posibilidad limpiar con facilidad, lo que dependería del tamaño de la máscara de

protección facial deportiva, y la flexión de la máscara de protección facial deportiva. El hecho que

se pueda limpiar con facilidad va a depender de la calidad de las piezas y el tipo de material de la

máscara de protección facial deportiva, además que sea resistente a: materiales de limpieza

tradicionales, solventes de limpieza, detergentes, al agua y sin detalles que atrapen suciedad, las

mimas que no deben afectar la máscara de protección facial deportiva.

Propuesta: Se propone realizar un diseño simple para que el usuario pueda manipular

fácilmente la máscara de protección facial deportiva para realizar su limpieza sin que sufra daños.

106

Figura 32. Conflicto


107

4.2.1.2.1.2.3. Importancia técnica


importancia técnica que la máscara de protección facial deportiva se pueda limpiar con facilidad

va a depender directamente de la calidad de las piezas y el tipo de material de cada componente,

otra importancia técnica es que sea anatómicamente precisa al rostro lo que se tiene que realizar

en programas de diseño CAM/CAE para proponer el tipo de materiales con los que se va a ejecutar

la fabricación de tal manera que las piezas sean de calidad que satisfagan las necesidades de la

persona que va a usar la máscara de protección facial deportiva. Finalmente, se tiene que el diseño

y el tipo de material es el factor principal para que la máscara de protección facial pueda proteger

al deportista de golpes físicos en su rostro.

Propuesta: Se propone realizar un diseño que sea anatómicamente preciso al rostro del usuario

sin limitar la visión periférica, además la máscara de protección facial deportiva se realizará con

materiales de alta calidad que resistan a golpes físicos.

108

Figura 33. Importancia Técnica


109

4.2.1.2.1.2.4. Ventaja competitiva


ventaja competitiva que sea resistente a golpes y que el diseño sea anatómicamente preciso al

rostro debido a que va hacer una parte fundamental si el diseño es realizado con el concepto de

fabricación digital para poder determinar el tamaño y el tipo de material de la máscara de

protección facial deportiva.

Propuesta: Realizar el diseño de la máscara de protección facial personalizado en programas

para que se adapte correctamente al rostro del usuario, por otro lado, garantizar la calidad de los

materiales de la máscara de protección facial deportiva para que proteja el rostro del deportista y

el mismo no pierda la confianza al momento de usarla.

110

Figura 34. Ventaja competitiva


111

4.2.1.2.1.2.5. Indispensable mejorar


indispensable mejorar que se pueda limpiar con facilidad dependerá del tamaño y del tipo de

material de la máscara de protección facial deportiva.

Propuesta: Realizar el diseño de la máscara de protección facial deportiva con un cierto

parecido al modelo Safe TGard, pero con un diseño personalizado que es anatómicamente preciso

al rostro del usuario. Desarrollar el diseño de la máscara con materiales compuestos debido a sus

propiedades mecánicas y además que proporciona nuevas posibilidades estéticas gracias a su

capacidad de moldear formas complejas, fluidas y creativas con gran precisión, ofreciendo un

ahorro significativo de peso que proporciona mayor libertad en el diseño.

112

Figura 35. Indispensable mejorar


113

4.2.1.2.1.2.6. Evaluación pobre


evaluación pobre que el manual de usuario es una calificación muy baja por parte del usuario, por

lo que la máscara de protección facial deportiva es un producto sencillo de utilizar. En definitiva,

no necesita manual de usuario.

114

Figura 36. Evaluación pobre


115

4.2.1.2.1.2.7. Matriz de diagnóstico

Análisis: En el análisis de la matriz QFD que se muestra en la Figura 37 se encontró como la

matriz de diagnóstico, que en estos puntos es necesario efectuar acciones de mejora, que se

realizará en una posterior etapa en caso de ser necesario.

Propuesta: Se propone vigilar los cambios en los requerimientos y opiniones de los deportistas

que utilizan máscaras de protección facial deportiva cada cierto tiempo, creando una base de

sugerencia que sirvan de punto de apoyo para futuras mejoras.

116

Figura 37. Matriz de diagnóstico


117

4.2.1.2.1.2.8. Matriz de especificaciones

Tabla 19. Matriz de especificaciones basada en la matriz QFD


Para la Tabla 19 se utilizó la escala de medición que se presenta en la Tabla 20.

Matriz de especificaciones basada en la matriz QFD

Item Especificación Especificación

técnica

Unidad

1 Peso de la máscara ≤ 0,07 kg

2 Protección de impactos de una pelota de

fútbol a una velocidad

90 𝑘𝑚

ℎ

3 Protección de impactos de una pelota

con masa

0,41 kg

4 Sujeción de la máscara con la correa 12 N

5 Diseño Digital Excelente Excelente, aceptable e

inaceptable

6 No deja irritada la piel por el sudor Excelente Excelente, aceptable e

inaceptable

7 Fácil de colocarse Excelente Excelente, aceptable e

inaceptable

8 No afecta la respiración Excelente Excelente, aceptable e

inaceptable

9 Visión periférica Agujero de los ojos

Largo: 52± 0,3

Ancho:49± 0,3

mm

118

Tabla 20. Escala de medición para la matriz de especificaciones basada en la matriz QFD

Escala de medición para la matriz QFD

Especificación Excelente Aceptable Inaceptable

Diseño digital Si el diseño de la máscara es

anatómicamente precisa al

rostro digital del usuario

Si el diseño de la máscara no se ajusta

anatómicamente precisa al rostro digital

del usuario en todas las superficies

Si el diseño de la máscara no es

anatómicamente precisa al rostro

digital del usuario

No deja irritada la

piel por el sudor

El material interior de la

máscara absorbe agua

El material interior de la máscara

absorbe la mayor parte agua

El material interior de la

máscara no absorbe agua

Fácil de colocarse Si se puede colar en menos de

60 segundos

Si se puede colar en menos de 90

segundos

Si se puede colocar en más de

90 segundos

No afecta la

respiración

El diseño no recubre las fosas

nasales

El diseño recubre partes mínimas de las

fosas nasales

El diseño recubre las fosas

nasales


119

4.2.1.3. Generación de conceptos

Se realizó un mapa mental a través de una lluvia de ideas para generar conceptos alternativos

para el diseño de la máscara de protección facial deportiva que se muestra en la Figura 38.

Figura 38. Mapa mental conceptos de diseño


Se realizó la estructura funcional de la máscara de proteccion facial deportiva que se muestra a

continuación en la Figura 39, la función principal se encuentra en la parte A, donde las flechas

horizontales señalan la entrada y salida del proceso mientras que las subfuciones se encuentran en

la parte B, donde las felchas indican puntos de criterio de decisión para el paso entre diferentes

etapas de desarrollo de la mascara de proteccion facial deportiva.

120

Figura 39. Estructura funcional. A) Parte principal, B) Subfunciones


4.2.1.4. Selección del concepto

Se seleccionó el concepto de diseño de Constructivismo debido que satisface con las

especificaciones de la matriz QFD, especialmente se ha tomado como referencia el punto de la

importancia técnica debido a que son requerimientos de gran importancia para el cliente, por lo

que se ha realizó varios bocetos referentes al constructivismo basándose principalmente en el uso

de formas simples como son cuadrados y círculos.

Boceto 1: En la Figura 40 se observa los detalles de diseño en posición frontal, lateral y

posterior de una máscara de protección facial deportiva desarrollada en base en base a líneas rectas

en su contorno exterior. Debido a su diseño brinda una visión periférica al usuario la cual es un

requisito necesario para la práctica de actividades deportivas con regularidad.

121

Figura 40. Boceto 1



posterior de una máscara de protección facial deportiva desarrollada en base en base figuras

geométricas simples y en líneas curvas en su contorno exterior. Debido a su diseño brinda una

visión periférica al usuario la cual es un requisito necesario para la práctica de actividades

deportivas con regularidad.

122

Figura 41. Boceto 2



posterior de una máscara de protección facial deportiva la misma que no cubre las zonas periféricas

externas de los ojos y se desarrolló en base en base a líneas rectas redondeadas en las esquinas en

su contorno exterior e interior. Debido a su diseño brinda una visión periférica al usuario la cual

es un requisito necesario para la práctica de actividades deportivas con regularidad.

123

Figura 42. Boceto 3



posterior de una máscara de protección facial deportiva la misma que no cubre zonas periféricas

externas de los ojos y se desarrolló en base en base a figuras geométricas simples y en líneas curvas

en su contorno exterior e interior. Debido a su diseño brinda una visión periférica al usuario la cual

es un requisito necesario para la práctica de actividades deportivas con regularidad.

124

Figura 43. Boceto 4


Se realizó una encuesta a las mismas personas entrevistadas para poder seleccionar el boceto,

se puede observar en la Tabla 21 los resultados de la entrevista. En el Anexo D se puede observar

la encuesta aplicada.

125

Tabla 21. Selección del boceto

Pregunta Persona

1

2

3

4

¿Cuál es su

diseño

favorito de la

máscara de

protección

facial

deportiva?

1 X

2 X

3

X

4

X

5

X

6

X

7

X

Total 1 4 0 2


126

Análisis de resultados de la selección de bocetos

En la Tabla 21 se puede observar que con el 57 % el boceto 2 es el más atractivo para el

cliente debido a que es un diseño simple y satisface todas sus necesidades especialmente la de

brindar una visión periférica.


4.3.1. Diseño en el nivel sistema

Se realizó un boceto de sujeción para la parte posterior de la cabeza que se observa en la Figura

44, el diseño fue pensando para que se ajuste correctamente a la máscara de protección facial

deportiva debido a que es flexible.

Figura 44. Boceto 5: Soporte de la parte posterior de la cabeza


127

Se realizó un análisis morfológico de los componentes accesibles en el mercado ecuatoriano

que brinden la unión de la máscara de protección facial deportiva con el soporte de la parte

posterior de la cabeza, tomando en cuenta su forma, color y función, los mismos que se presentan

en la Tabla 22.

Tabla 22. Análisis tipológico de cintas de sujeción

Cintas de sujeción de la máscara de protección facial deportiva con el rostro del usuario

Producto Descripción Material Color Dimensión

Velcro adhesivo

Cinta adhesiva compuestas por

dos cintas; una cara consiste en

unos diminutos y flexibles

ganchos que se agarran a la cara

compuesta de pequeños y

suaves bucles.

Nylon

y cuero

sintético

Negro

Blanco

Ancho =

20 mm

Correa de mochila con

hebilla

Se puede ajustar

longitudinalmente en un lado de

la hebilla

Poliéster

y plástico

Negro Ancho =

25-70 mm


En la Tabla 23 se muestra una matriz de selección de diferentes cintas de sujeción para la

máscara de protección facial deportiva, para seleccionar el componente idóneo; Para la escala se

medición se utilizó la Tabla 16.

128

Tabla 23. Análisis de confort de las cintas de sujeción

Velcro adhesivo

Correa de mochila con hebilla

Deja marcada la piel por el uso 4 3

Factibilidad de colocarse 5 4

Se pueda regular 5 5

Durabilidad 4 5

Total 17 16


Mediante la matriz de selección de confort de las cintas de sujeción se concluye que el componente

idóneo para la máscara de protección facial deportiva es el velcro adhesivo, principalmente debido

a que se puede regular y a la factibilidad de colocarse.


4.4.1. Diseño en detalle

4.4.1.1. Tratamiento de las imágenes médicas DICOM en Invensalius

Con el software público Invensalius se realizó el tratamiento de las imágenes médicas DICOM

del cráneo para generar el modelo tridimensional del usuario en tamaño natural, en la Figura 45

muestra la segmentación de los tejidos y de los huesos del cráneo, finalmente se exportó en formato

STL.

129

Figura 45. Tratamiento de imágenes médicas DICOM del cráneo en el software Invensalius


4.4.1.2. Modelado digital en Blender

En el software de uso público Blender se abrió en formato STL el modelo tridimensional

generando anteriormente en Invensalius, en la Figura 46 se muestra el modelo 3D del cráneo sobre

130

el cual se desarrolló el diseño de la máscara de protección facial deportiva que se muestra en la

Figura 47. Finalmente se exportó en formato STL.

Figura 46. Modelo 3D del cráneo en el software de uso público Blender


131

Figura 47. Modelo 3D de la máscara de protección facial deportiva en el software de uso público

Blender


4.4.1.3. Planos

En el software Inventor se abrió el modelo 3D de la parte principal de la máscara de protección

facial deportiva y de sus componentes generados anteriormente, posteriormente se realizó el plano

conjunto y los planos detalle de cada componente que se presentan a continuación en Anexos.

4.4.1.4. Selección de materiales

Para la selección de los materiales se tomó en cuenta la función, objetivos, restricciones y

variables libres del material, a través de una carta e índice de materiales se realizará la selección

del material apropiado para componente de la máscara de protección facial deportiva.

132

4.4.1.4.1. Selección de materiales para el cuerpo principal de la máscara

de protección facial deportiva

Es necesario relacionar los requerimientos de diseño con las propiedades del material de

acuerdo con la función principal y restricciones. La restricción principalmente es con la que

debería estar el material principal de la máscara de protección facial deportiva. En la Tabla24 se

presenta los parámetros del material

Tabla 24. Parámetros de la parte principal de la máscara deportiva de protección facial

para la selección del material

Requisitos de diseño de la parte principal de la máscara de protección facial deportiva

Función Protección de impactos físicos, panel flexión

Objetivos Peso mínimo

Restricción Resistencia al agua, resistencia a impactos y

facilidad de limpieza

Variables libres Espesor


El índice de un material define el criterio de optimización, para este proyecto fue el peso mínimo

del material en su resistencia, por lo que se tomó el índice 𝐸1/3

para calcular la pendiente donde se 𝑝

tiene que 𝐸 = módulo de Young y 𝑝 = densidad, como resultado se obtuvo la pendiente igual a 3

que se la graficó en la carta tenacidad a la fractura – densidad.

Para una función de panel flexión con peso mínimo, a través de la base de datos nivel 3

aeroespacial en la categoría polímeros – plástico del software Ces Edupack se identificó la lista de

materiales que cumplen las características presentadas en la Tabla 24.

133

En la Figura 48 muestra la carta tenacidad a la fractura – densidad, en la misma que se identificó

los materiales idóneos tomando en cuenta como un límite la durabilidad, el contacto con el agua y

que sea resistente a impactos.

Figura 48. Identificación del conjunto de materiales. Carta de tenacidad a la fractura - densidad

Fuente: Elaboración propia basada en Ces Edupack

En la figura 49 se muestra la carta agua (fresca) – densidad, en la que se puede apreciar dentro

del grupo de materiales compuestos. En la Tabla 25 se presentan los materiales recomendados para

el desarrollo del cuerpo principal de la máscara de protección facial deportiva.

134

Tabla 25. Materiales para el cuerpo principal de la máscara con el valor del índice (pendiente = 3)

Material Valor

del

índice en

Unidad Base del

material

% de

relleno en

peso

Relleno /

refuerzo

Forma de relleno /

refuerzo

Fibra de carbono epoxi /

impregnadas, Disposición UD

0,00259 (𝑀𝑃𝑎)1/3

𝑘𝑔⁄ 3

𝑚

Resina epoxi 65 -70 Carbón Colocación

unidireccional

Fibra de carbono epoxi / tejido

no ondulado con resina,

disposición UD

0,00259 (𝑀𝑃𝑎)1/3

𝑘𝑔⁄ 3

𝑚

Resina epoxica 65 -70 Carbón Tela no ondulada,

disposición

unidireccional

Fibra de carbono epoxi / tejido

impregnadas, Disposición

biaxial

0,00224 (𝑀𝑃𝑎)1/3

𝑘𝑔⁄ 3

𝑚

Resina epoxica 60 -65 Carbón Tela tejida colocación

biaxial

SMS de poliéster (50% de fibra

de vidrio)

0,00202 (𝑀𝑃𝑎)1/3

𝑘𝑔⁄ 3

𝑚

Resina de

poliéster

insaturado

60 - 66 Mineral de

vidrio

Fibra larga (<5 mm) en

partículas


135

Figura 49. Identificación del conjunto de materiales. Carta de agua (fresca)– densidad


El material seleccionado es fibra de carbono epoxi / tejido no ondulado con resina, disposición

UD, debido a sus propiedades que se presentan en la Tabla 26, es un polímero termoestable que se

endurece cuando se mezcla con un agente catalizador y brinda mayor resistencia a los UV, sim

embargo sus acabados superficiales son únicos y es un material que se encuentra disponible en el

mercado ecuatoriano.

Tabla 26. Propiedades de la fibra de carbono epoxi / tejido no ondulado con resina

Propiedades y Características Valor Unidad

Densidad 1550 – 1580 𝑘𝑔

𝑚3

Módulo de Young (módulo de

elasticidad)

110 – 131 Gpa

Resistencia a la flexión 1270 – 1370 MPa

Resistencia a la tensión 1480 – 1840 MPa

136


Temperatura máxima de servicio 140 – 220 °C

Resistencia al agua Excelente Excelente, aceptable e inaceptable

Resistencia a la radiación UV Excelente Excelente, aceptable e inaceptable


4.4.1.4.2. Selección de materiales de la parte interior de la máscara de

protección facial deportiva



debería estar el material interno de la máscara de protección facial deportiva. En la Tabla 27 se

presenta los parámetros del material.

Tabla 27. Parámetros de la parte interna de la máscara deportiva de protección facial para

la selección del material

Requisitos de diseño de la parte interna de la máscara de protección facial deportiva

Función Absorber el impacto


Restricción Resistencia al sudor (agua salada) y no irritar

la piel (hipoalergénico)



El índice de un material define un criterio de optimización el cual para este proyecto fue el peso

mínimo del material, por lo que se tomó el índice 𝐸1/3

para calcular la pendiente, donde se tiene 𝑝

que E = módulo de Young y p = densidad, como resultado se obtuvo la pendiente igual a 3 que se

la graficó en la carta elasticidad – densidad.

137

Para una función de panel flexión con peso mínimo, a través de la base de datos ciencia e

ingeniería de los materiales en la categoría todos los materiales del software Ces Edupack se

identificó los materiales que cumplen con las especificaciones de la Tabla 28.

En la carta de materiales módulo de elasticidad - densidad que se muestra en la Figura 50 se

identificó los materiales idóneos tomando en cuenta como un límite la durabilidad con el contacto

de agua salada y el pH de la piel.

Figura 50. Identificación del conjunto de materiales tipo espuma. Carta de módulo de elasticidad –

densidad


En la Figura 51 se muestra la carta agua (sal) – densidad, en la que se puede apreciar dentro del

grupo de espumas, los materiales adecuados para la parte interior de la máscara se presentan en la

Tabla 28.

138

Tabla 28. Materiales para la parte interior de la máscara con el valor del índice (pendiente = 3)

Material Valor del índice Unidad

Espuma Polimérica Rígida (LD) 0,00697 (𝑀𝑃𝑎)1/3

𝑘𝑔⁄ 3

𝑚

Espuma Polimérica Rígida (MD) 0,00492 (𝑀𝑃𝑎)1/3

𝑘𝑔⁄ 3

𝑚

Espuma Polimérica Rígida (HD) 0,00239 (𝑀𝑃𝑎)1/3

𝑘𝑔⁄ 3

𝑚


Figura 51. Identificación del conjunto de materiales tipo espuma. Carta de agua (sal)– densidad


El material seleccionado es la espuma polimérica rígida (LD) por su alto índice y debido a sus

propiedades que se presentan en la Tabla 29. Es un sustrato estéril de espuma sus principales

características es que brinda esterilidad, absorbe el sudor, fácil de usar y la higiene, lo más

importante es que es un material que se encuentra disponible en el mercado ecuatoriano.

139

Tabla 29. Propiedades de la espuma polimérica rígida (LD)


Densidad 36 – 70 𝑘𝑔

𝑚3

Módulo de Young (módulo de elasticidad) 0,023 – 0,80 Gpa

Resistencia a la flexión 0,245– 2,25 MPa

Resistencia a la tensión 0,24– 0,85 MPa

Temperatura máxima de servicio 69,9 – 117 °C

Resistencia al agua fresca Excelente Excelente, aceptable e inaceptable

Resistente al agua salada Excelente Excelente, aceptable e inaceptable

Resistente al pH de la piel (ácido) Excelente Excelente, aceptable e inaceptable

Moldeabilidad Aceptable Excelente, aceptable e inaceptable


4.4.1.4.3. Selección de materiales de la parte de sujeción trasera de la

cabeza



debería estar el material de la parte posterior de la máscara de protección facial deportiva. En la

Tabla 30 se presenta los parámetros del material.

Tabla 30. Parámetros de la parte posterior de la máscara deportiva de protección facial

para la selección del material

Requisitos de diseño de la parte de sujeción trasera de la cabeza

Función Sujetar la máscara con la cabeza


140

Requisitos de diseño de la parte de sujeción trasera de la cabeza

Restricción Resistencia al sudor (agua salada) y que se

pueda estirar



El índice de un material define un criterio de optimización el cual para este proyecto fue el peso

mínimo del material, que absorba el sudor y que se pueda estirar, por lo que se tomó el índice 𝐸

𝑝

para calcular la pendiente, donde se tiene que que 𝐸 = módulo de Young y 𝑝 = densidad, como

resultado se obtuvo la pendiente igual a 1 que se la graficó en la carta alargamiento – uso de agua.

Para una función de tensión tirante con peso mínimo, a través de la base de datos ciencia e

ingeniería de los materiales en la categoría todos los materiales del software Ces Edupack se

identificó los materiales que cumplen con las especificaciones de la Tabla 31.

En la Figura 52 se identificó los materiales idóneos tomando en cuenta como un límite la

durabilidad con el contacto de agua salada y estiramiento. En la Tabla 31se presenta los materiales

recomendados para el desarrollo de la parte interior de la máscara de protección facial deportiva.

Tabla 31. Materiales de la parte de sujeción trasera de la cabeza con el valor del índice (pendiente =

1)


Policloropreno (neopreno) 3,87 𝑀𝑃𝑎

𝑘𝑔⁄ 3

𝑚

Caucho de poliisopreno 3,6 𝑀𝑃𝑎

𝑘𝑔⁄ 3

𝑚

141


Elastómeros de silicona 1,22 𝑀𝑃𝑎

𝑘𝑔⁄ 3

𝑚


Figura 52. Identificación del conjunto de materiales tipo espuma. Carta de alargamiento – uso de agua


El material seleccionado es el neopreno por su alto índice y debido a sus propiedades que se

presentan en la Tabla 32. Es un polímero derivado del caucho sus principales características es que

absorbe el sudor y la flexibilidad ya que puede ser doblado, torcido o manejado de diversas

maneras, sin que pierda su forma inicial, lo más importante es que es un material que se encuentra

disponible en el mercado ecuatoriano.

Tabla 32. Propiedades del neopreno


Densidad 1,23e3 – 1,3e3 𝑘𝑔

𝑚3

142


Módulo de Young

(módulo de elasticidad)

0,00165 – 0,0021 Gpa

Alargamiento 750 – 950 % presión

Resistencia a la tensión 12– 23,9 MPa

Temperatura máxima de servicio 103 – 111 °C

Resistencia al agua fresca Excelente Excelente, aceptable e inaceptable

Resistente al agua salada Excelente Excelente, aceptable e inaceptable

Moldeabilidad Excelente Excelente, aceptable e inaceptable

Radiación UV Aceptable Excelente, aceptable e inaceptable


4.4.1.5. Cálculos de Ingeniería

4.4.1.5.1. Elongación del neopreno bajo una carga axial

Se consideró que la longitud del neopreno es de 200 mm de longitud, 15 mm de ancho y 1,5

mm de espesor, donde se sometió a una carga de 40N, De acuerdo con Ces Edupack el módulo

máximo de Young es de 2,1 MPa. En la Figura 53 se observa el planteamiento grafico del

problema.

Figura 53. Elongación del neopreno bajo una carga axial


143

𝐹 𝜎 =

𝐴

( 1)

𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒;

𝜎 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜

𝐹 = 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎

𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎

Calcular el Área

𝐴 = 𝑏 ∗ ℎ ( 2)

𝐴 = 15 𝑚𝑚 ∗ 1,5 𝑚𝑚

Aplicar la ley de Hooke

𝜎 = 𝐸 ∗ ∈ ( 3)

donde;

𝜎 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜

𝐸 = 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑌𝑜𝑢𝑛𝑔

∈= 𝐷𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎

Además, se tiene que:

𝛿 ∈=

𝐿𝑜

( 4)

Donde;

𝛿 = 𝐷𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜

𝐿𝑜 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

144

Desarrollo

Aplicar la ecuación (3)

𝜎 = 𝐸 ∗ ∈

Reemplazar las ecuaciones (1) y (4) en (3)

𝐹 = 𝐸 ∗ 𝛿

𝐴 𝐿𝑜

𝛿 = 𝐹 ∗ 𝐿𝑜

𝐴 ∗ 𝐸

𝛿 = 40𝑁∗ 200𝑚𝑚

22.5 𝑚𝑚2∗2,1 𝑁

𝑚𝑚

𝛿 = 169 𝑚𝑚

4.4.1.5.2. Esfuerzo cortante de la cinta adhesiva velcro

De acuerdo con Luca de Lima (2000), como referencia tenemos que el límite de la resistencia

de apertura a la tracción de la cinta adhesiva velcro es de 0,296 𝑀𝑃𝑎, por lo que para este caso se

ha tomado como dato que una persona común puede alzar con su brazo una 𝑚 = 8 𝑘𝑔 y las

dimensiones del área afectada del velcro son de 50 mm de largo y 10 mm de ancho. En la Figura

54 se observa el planteamiento grafico del problema.

Figura 54. Resistencia al corte del velcro


2

145

𝑃 𝜏 =

𝐴

( 1)

donde;

𝜏 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒

𝑃 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎


Además, se tiene que:

𝑃 = 𝑚 ∗ 𝑔 ( 2)

donde;

𝑚 = 𝑚𝑎𝑠𝑎

𝑔 = 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑

𝐴 = 𝑏 ∗ ℎ ( 3)

Donde;

𝑏 = 𝑏𝑎𝑠𝑒

ℎ = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎

Desarrollo

𝑅𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑟 𝑙𝑎𝑠 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 (2)𝑦 (3) 𝑒𝑛 (1)

𝜏 =

𝜏 =

𝑚 ∗ 𝑔

𝑏 ∗ ℎ

8𝑘𝑔 ∗ 9,81 𝑚

𝑠2

10 𝑚𝑚 ∗ 50 𝑚𝑚

146

𝜏 = 78.48 𝑁

10 𝑚𝑚 ∗ 50 𝑚𝑚

𝜏 = 0,16 𝑀𝑝𝑎

Se concluye que el velcro puede soportar sin problemas la resistencia al corte debido a que se

encuentra en una relación 1: 2 con la resistencia máxima a la tracción.

4.4.1.5.3. Análisis estático del cuerpo principal de la máscara de

protección facial deportiva

Se consideró que la longitud del cuerpo principal de la máscara que es de 168 mm y de acuerdo

con Ces Edupack el módulo de máximo de Young es de 131 GPa y la fuerza tomada en este caso

es de 45 N. En la Figura 55 se observa el planteamiento grafico del problema.

Figura 55. Carga estática


Desarrollo

Σ 𝐹𝑦 = 0

𝐹1 + 𝐹2 = 𝑉1 ( 1)

147

90𝑁 = 𝑉1

−𝑀 + 45𝑁 (0,084𝑚) = −45 (0,084𝑚) ( 2)

𝑀 = 7,56 𝑁𝑚

Σ 𝑀 = 0

𝑀 + 7,56 𝑁𝑚 = 45 𝑁 (0,084 𝑚) ( 3)

𝑀 = −3,78 𝑁𝑚

En la Figura 56 se puede observar el diagrama cortante y el diagrama de momento.

Figura 56. Diagrama cortante y Diagrama de momento


𝑀 ∗ 𝑦 𝜎𝑓𝑙𝑒𝑥 =

𝐼 ( 4)

𝑀 = 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜

𝑦 = 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎

𝐼 = 𝐼𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

Calcular la Inercia

Para el cálculo de la inercia se simplifico el cuerpo principal de la máscara tomando en cuenta

solo la mitad debido a que son simétricas, a un modelo con figuras simples que se observa en la

Figura 57.

148

Figura 57. Simplificación de la forma de la máscara


𝑏ℎ3 𝐼𝑂𝑋 =

12

( 5)

ℎ𝑏3 𝐼𝑂𝑦 =

12

( 6)

Donde;

𝐼𝑂𝑦 = 𝐼𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎

ℎ = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎

𝑏 = 𝑏𝑎𝑠𝑒

149

𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 𝐴 𝑦 𝐵, 𝑠𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝐴 = 𝐵

𝑅𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑟 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑛 𝑙𝑎 𝐹𝑖𝑔𝑢𝑟𝑎 49 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (6)

𝐼𝑂𝑦 = 0,021𝑚 ∗ 0,084𝑚3

12

𝐼𝑂𝑦 = 1,03 ∗ 10−6𝑚4

Aplicar el Teorema de Steiner

𝐼𝑦1 = 𝐼𝑜𝑦 + (𝐴 ∗ 𝑑2) ( 7)


𝐼𝑜𝑦 = 𝐼𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎


𝑑 = 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑

𝐴 = 𝑏 ∗ ℎ ( 8)

𝑅𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑟 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑛 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝐹𝑖𝑔𝑢𝑟𝑎 49 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (8)

𝐴 = 0,021𝑚 ∗ 0,084𝑚

𝐴 = 1,76 ∗ 10−3 𝑚2

𝑑 = 0,036 𝑚

𝐼𝑦1 = 𝐼𝑜𝑦 + (𝐴 ∗ 𝑑2)

𝐼𝑦1 = 3,31 ∗ 10−6𝑚4

𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 𝐶 𝑦 𝐷, 𝑠𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝐶 = 𝐷

𝑅𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑧𝑟 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑛 𝑙𝑎 𝐹𝑖𝑔𝑢𝑟𝑎 49 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (5)

150

𝐼𝑂𝑥 =

0,016𝑚 ∗ 0,052𝑚3

12

𝐼𝑂𝑥 = 1,87 ∗ 10−7 𝑚4

Aplicar el Teorema de Steiner

𝐼𝑥1 = 𝐼𝑜𝑦 + (𝐴 ∗ 𝑑2) ( 9)

𝑅𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑟 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑛 𝑙𝑎 𝐹𝑖𝑔𝑢𝑟𝑎 49 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (8)

𝐴 = 0,016𝑚 ∗ 0,052𝑚

𝐴 = 8,32 ∗ 10−4𝑚2

𝑑 = 0,035 𝑚

𝐼𝑥1 = 𝐼𝑜𝑥 + (𝐴 ∗ 𝑑2)

𝐼𝑥1 = 1,21 ∗ 10−6𝑚4

𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑒𝑟 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 𝑠𝑢𝑏𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑠𝑢𝑚𝑎𝑟 (𝐼𝑥1 ∗ 2) + (𝐼𝑦1 ∗ 2)

𝐼𝑠𝑡 = 1,39 ∗ 10−6𝑚4

𝐹𝑖𝑛𝑎𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑒𝑟 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚á𝑠𝑐𝑎𝑟𝑎 𝑚𝑢𝑙𝑡𝑖𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑟 𝑝𝑜𝑟 2 𝐼𝑠𝑡

𝐼𝑠𝑡 = 2,79 ∗ 10−6𝑚4

𝑅𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑟 𝑡𝑜𝑑𝑜𝑠 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝜎𝑓𝑙𝑒𝑥 = 𝑀∗𝑦

𝐼

𝜎𝑓𝑙𝑒𝑥 = 7,56𝑁𝑚 ∗ 0,084𝑚

2,79 ∗ 10−6𝑚4

𝜎𝑓𝑙𝑒𝑥 = 227𝐾𝑃𝑎

𝐶𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑒𝑙 𝑌𝑚á𝑥 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑠𝑎𝑏𝑒𝑟 𝑙𝑎 𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎

151

𝑃𝐿3 𝑌𝑚á𝑥 =

48 𝐸𝐼

( 10)


𝑃 = 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎

𝐿 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑

𝐸 = 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑌𝑜𝑢𝑛𝑔 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙, 𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑒 𝑐𝑎𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛𝑜

𝐼 = 𝐼𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 45𝑁 (

0,168 𝑚)3

𝑌𝑚á𝑥 = 2 48 ∗ 131 ∗ 109𝑃𝑎 ∗ 2,79 ∗ 10−6𝑚4

𝑌𝑚á𝑥 = 1,8 ∗ 10−8𝑚

4.4.1.6. Simulación en SolidWorks

Mediante el programa se realizó el ensamble respectivo de los componentes de la máscara de

protección facial deportiva y se ejecutó una simulación de impacto de una pelota de fútbol que se

choca con la parte principal de la máscara de protección facial deportiva. Para lo cual se definió el

material de la parte principal de la máscara de protección facial deportiva seleccionado

preliminarmente en la Tabla 26, consecuentemente para la pelota de fútbol se consideró las

propiedades del material mostradas a continuación en la Tabla 33.

Tabla 33. Propiedades del Caucho sintético


Densidad 1000 𝑘𝑔

𝑚3

Límite elástico 9.23737 MPa

Límite de tracción 13,79 MPa

152


Módulo elástico 6,1 Mpa

Fuente: Elaboración propia basada en la biblioteca de materiales de SolidWorks

A través de los materiales mencionados en el párrafo anterior, en el programa se realizó la

simulación con un mallado basado en curvatura de tamaño 15 mm, con un trazado de calidad de

malla de elementos cuadráticos de alto orden, tomando como sujeción fija la espuma polimérica

rígida LD de la máscara de protección facial deportiva que se presenta a continuación en la Figura

58.

Figura 58. Sujeción fija del cuerpo principal de la máscara de protección facial deportiva

Fuente: Elaboración propia basada en SolidWorks

La masa de la pelota de fútbol fue de 410 gramos que choco a una velocidad de 90 𝑘𝑚 ℎ

(F,

2015) a la máscara de protección facial deportiva que tiene una masa de 41,53 gramos, que se

puede observar en la Figura 59 el desplazamiento de la pelota de fútbol hasta impactar con el

cuerpo principal de la máscara de protección facial deportiva.

153

Figura 59. Desplazamiento de impacto de la pelota con el cuerpo principal de la máscara de

protección facial deportiva y propiedades


En la Figura 60 se observa a través de la tensión de Von Mises la deformación del cuerpo

principal de la máscara de protección facial deportiva a una velocidad de la pelota de fútbol de

impacto de 90 𝑘𝑚, se puede observar que no existe deformación alguna debido a que se encuentra ℎ

en la zona de color azul que representa que es una deformación no crítica con un máximo de

1258,75 Pa, lo que asegura que la máscara de protección facial deportiva no se deformara al

momento de que el usuario la use y reciba un impacto de una pelota de 410 gramos.

154

Figura 60. Deformación del cuerpo principal de la máscara de protección facial deportiva. Análisis de

tensión de Von Mises


En la Figura 61 se observa la deformación unitaria de la espuma polimérica rígida LD que

absorbe el impacto de la pelota de fútbol de 410 gramos a una velocidad de 90 𝑘𝑚, se puede apreciar ℎ

que la deformación se encuentra en la zona crítica debido al color amarillentos con grandes

cantidades de zonas rojas, lo cual representa que si se va a deformar la espuma para absorber el

impacto.

155

Figura 61. Deformación unitaria de la espuma polimérica rígida LD



4.5.1. Fabricación

En esta etapa se realizó los diagramas de flujo de los distintos procesos para la construcción de

la máscara de proteccion facial deportiva. En la Figura 62 se puede obsevar el diagrama de flujo

del proceso de fabriación del cuerpo principal de la máscara.

156

Figura 62. Sub- Proceso de fabricación del cuerpo principal de la máscara


En la Figura 63 se puede obsevar el diagrama de flujo del proceso de fabriación de la parte

interna de la máscara.

Figura 63. Sub - Proceso de fabricación de la parte interna de la máscara


En la Figura 64 se puede obsevar el diagrama de flujo del proceso de fabriación del cuerpo

principal de la correa.

157

Figura 64. Sub - Proceso de fabricación del cuerpo principal de la correa


En la Figura 65 se puede obsevar el diagrama de flujo del proceso de fabriación de la cinta

adhesiva velcro para la parte principal de la correa.

Figura 65. Sub - Proceso de fabricación de la cinta adhesiva velcro para la correa principal


En la Figura 66 se puede observar el diagrama de flujo del proceso de unión del cuerpo

principal de la máscara y de la parte interior.

158

Figura 66. Proceso de unión del cuerpo principal de la máscara y de la parte interior


En la Figura 67 se puede obsevar el diagrama de flujo del proceso de unión del cuerpo principal

de la correa y de la cinta adhesiva velcro.

Figura 67. Proceso de unión del cuerpo principal de la correa y de la cinta adhesiva velcro


En la Figura 68 se puede obsevar el diagrama de flujo del proceso de emsable del cuerpo

principal de la máscara y de la parte principal de la correa.

159

Figura 68. Proceso de ensamble del cuerpo principal de la máscara y de la parte principal de la correa


Las imágenes del proceso de fabricación se encuentran a continuación en el Anexo E.


4.6.1. Pruebas y refinamiento

Se realizó la validación de la máscara de protección facial deportiva mediante una sola persona

debido al alcance y limitaciones de la propuesta expuestas en el capítulo 1, en la Tabla 34 se

muestra la evaluación funcional.

160

Tabla 34. Evaluación funcional de la máscara

Evaluación Funcional de la máscara de protección facial deportiva

Responsable: Autor del proyecto

Item Especificación Funcionalidad Resultados

obtenidos

OK No

OK

Observaciones

1 Equipo

Armado

Máscara de

protección

facial deportiva

- La máscara de protección facial

deportiva ensamblada cumple su

objetivo, peso ≤0,07 kg y la

posición correcta para el ensamble

de las piezas. Ver en la Figura 69.

- Se obtuvo un peso

de la máscara de 50

gramos que es menor

al planteado.

X Es necesario

cortar con presión

cada componente.

2

Máscara

Cuerpo

principal de la

máscara

Proteger de impactos físicos al

usuario de una pelota de 0,41 kg

de masa a una velocidad de

90 𝑘𝑚

. Ver en la Figura 70. ℎ

X

161

Evaluación Funcional de la máscara de protección facial deportiva

Responsable: Autor del proyecto

Item Especificación Funcionalidad Resultados obtenidos OK No

OK

Observaciones

Parte interna Absorber el impacto de la

pelota de fútbol. Ver en la

Figura 71y 72

La espuma polimérica rígida

LD si absorbe el impacto

X

3 Correa Parte

principal de

la correa

Sujetar la máscara con la

cabeza

La máscara se encuentra con

una sujeción fija con la cabeza

del usuario

X

Cinta

adhesiva

velcro

Fijación de la máscara a 12 N.

Ver en la Figura 73.

La máscara se fija

satisfactoriamente

X


162

Para validar si la máscara es menor igual a 0,07 kg se la llevo a pesar en una balanza digital

obteniendo el resultado que pesa 0,05 kg lo que equivale a 50 gramos y si cumple con la

funcionalidad planteada, en la Figura 69 se muestra el peso de la máscara.

Figura 69. Validación del peso de la máscara


Para la validación de impacto de la máscara se utilizó una aplicación móvil de un acelerómetro

el mismo que mide las vibraciones al momento de ser impactados con la pelota. En la Figura 70

se puede observar los impactos de la pelota al momento de no usar y usando la máscara, en la parte

A se observa que al momento de usar la máscara y recibir el impacto de una pelota se muestra el

gráfico de vibraciones generadas en la aplicación móvil son mínimas lo que significa que si

absorbe el impacto por otro lado en la parte B se observa que al momento de no usar la máscara y

recibir el impacto de una pelota se indica el gráfico de vibraciones generadas en la aplicación móvil

son máximas lo que significa que no absorbe el impacto. Se concluye que la máscara si protege la

nariz de impactos.

163

Figura 70. Validación de impacto con una pelota


Para la validación de impacto de los materiales se realizó una práctica de la energía potencial

gravitatoria, con dos clases de esponjas; se tomó una muestra de cinco, la pelota de 0,03kg se la

lanzó a una distancia de 0,4 m desde el suelo.

En la Figura 71 se puede observar cómo absorbe el impacto la espuma polimérica rígida LD.

164

Figura 71. Absorción de impacto de la espuma polimérica rígida LD


Cálculos de energía potencial gravitatoria

𝐸𝑝𝑔 = 𝑚𝑔ℎ ( 1)

Donde;

𝐸𝑝𝑔 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟𝑖𝑎

𝑚 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑒𝑙𝑜𝑡𝑎

𝑔 = 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 ℎ

= 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎

Desarrollo

𝑚 𝐸𝑝𝑔 = 0,03𝑘𝑔 ∗ (−9,81

𝑠2 ∗)(−0,4𝑚)

𝐸𝑝𝑔 = 0,12 𝐽

Se calculó la energía potencial gravitatoria con la distancia 0,05 m debido a que es la altura de

rebote de la pelota en la espuma polimérica rígida LD.

165

𝑚 𝐸𝑝𝑔1 = 0,03𝑘𝑔 ∗ (−9,81

𝑠2 ∗)(−0,05𝑚)

𝐸𝑝𝑔1 = 0,015 𝐽

Para calcular la energía potencial gravitatoria total de la espuma polimérica rígida LD se debe

hacer 𝐸𝑝𝑔 − 𝐸𝑝𝑔1.

𝐸𝑝𝑔𝑇 = 𝐸𝑝𝑔−𝐸𝑝𝑔1 ( 2)

𝐸𝑝𝑔𝑇 = 0,105 𝐽

En la Figura 72 se puede observar como absorbe el impacto una esponja flexible.

Figura 72. Absorción de impacto de una esponja flexible


Calcular de energía potencial gravitatoria

𝐸𝑝𝑔 = 𝑚𝑔ℎ ( 1)

Donde;

𝐸𝑝𝑔 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟𝑖𝑎

𝑚 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑒𝑙𝑜𝑡𝑎

166

𝑔 = 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 ℎ

= 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎

Desarrollo

𝑚 𝐸𝑝𝑔 = 0,03𝑘𝑔 ∗ (−9,81

𝑠2 ∗)(−0,4𝑚)

𝐸𝑝𝑔 = 0,12 𝐽

Calcular la energía potencial gravitatoria con la distancia 0,1 m debido a que es la altura de rebote

de la pelota en la esponja flexible.

𝑚 𝐸𝑝𝑔1 = 0,03𝑘𝑔 ∗ (−9,81

𝑠2 ∗)(−0,05𝑚)

𝐸𝑝𝑔1 = 0,029𝐽

Para calcular la energía potencial gravitatoria total de la espuma polimérica rígida LD se debe

hacer 𝐸𝑝𝑔 − 𝐸𝑝𝑔1.

𝐸𝑝𝑔𝑇 = 𝐸𝑝𝑔−𝐸𝑝𝑔1 ( 2)

𝐸𝑝𝑔𝑇 = 0,09 𝐽

Mediante los cálculos realizados se puede apreciar que la espuma polimérica rígida es la que

observe más energía potencial gravitatoria, por lo que se concluye que es la ideal para usar en la

máscara.

Para obtener los 12 N con los que se desprende la cinta adhesiva velcro se realizó una práctica

utilizando un dinamómetro de resorte con las especificaciones que se presentan en la Tabla 35 y

el tamaño de la muestra fue de 5, por lo que el promedio fue de 12 N de esta manera se consiguió

determinar la fijación de la máscara que se presenta en la Figura 73.

167

Tabla 35. Especificaciones del dinamómetro Kern 283-402

Dinamómetro Kern 283 - 402

Especificación Valor Unidad

Campo de pesaje máximo 14 N

Lectura 0,1 N

Precisión ± 0,3 N


Figura 73. Determinación de la fuerza para desprender el velcro


Para complementar la evaluación funcional se realizó la validación de las especiaciones de la

matriz QFD de la Tabla 19.

Para la validación del diseño digital se presenta en la Figura 74 el modelado 3D de la máscara

sobre el rostro del usuario por lo que se observa que el diseño es anatómicamente preciso a pesar

de que existe una desviación del tabique nasal. Por lo que se concluye que el diseño digital es

anatómicamente preciso al rostro.

168

Figura 74. Validación del diseño digital de la máscara de protección facial deportiva


Para la validación si no deja irritada la piel por el sudor se realizó una prueba de absorción de

agua del material interior de la máscara, se colocó 100 mililitros de agua en un vaso y se introdujo

dentro el mismo la espuma polimérica rígida LD de 50 mm de largo y 40 mm de ancho, durante

un minuto para ver la cantidad de agua que absorbe. Al momento de retirar la espuma del vaso de

agua se puede observar en la Figura 75 que absorbió alrededor de 12 mililitros de agua. Por lo que

se concluye que el material si absorbe el agua y de esta manera no irrita la piel.

169

Figura 75. Validación de absorción del agua


Para la validación de que no afecte la respiración la máscara se presenta en la Figura 76 el

modelado 3D de la máscara sobre el rostro del usuario por lo que se observa que el diseño no

interfiere con la respiración del usuario debido a que las fosas nasales se encuentran descubiertas.

Por lo que se concluye que el diseño no interfiere en la respiración del usuario y no causa fatiga al

momento de usar la máscara.

Figura 76. Validación que no afecte la respiración la máscara al momento de usarla


170

Para la validación si es fácil de colocarse la máscara de protección facial deportiva, se realizó

una práctica de cuánto tiempo tarda el usuario en ponerse, la misma se la hizo con una interacción

de 5 veces con lo que se obtuvo el tiempo promedio que es de 14 segundos. En la Figura 77 se

observa como el usuario se coloca la máscara. Por lo que se concluye que la máscara es fácil de

colocarse.

Figura 77. Validación del tiempo en colocarse la máscara


Para la validación si la máscara de protección facial deportiva brinda una visión periférica sin

afectar la visualidad del usuario, se realizó la validación con un usuario mediante el test visual de

Jhon Greenwood, el mismo que consiste en fijar la vista en el punto rojo y tratar de diferenciar la

hora de los pequeños relojes representados ambos lados, además la persona camino puesto la

máscara para verificar si le afecta o no la visibilidad. En la Figura 78 se observa el test realizado

y el desempeño del usuario al usar el producto. La validación se complementa con el peso total de

la máscara que se presentó anteriormente. De los 24 relojes que consta este Test el usuario logo

ver correctamente 20 relojes, por lo que se concluye que la máscara no afecta la visibilidad del

deportista.

171

Figura 78. Validación de la visión periférica


Se realizó la validación dimensional de la máscara de protección facial deportiva con los

parámetros que se presentan en la Tabla 36, las medidas generales fueron tomados de los planos

conjunto y detalle del proyecto. La tolerancia aplicada es la de la norma ISO 2768 – M, la misma

que se encuentra en el Anexo F.

Tabla 36. Evaluación dimensional de la máscara

Item Especificación de dimensión Límites de especiación

(mm)

Resultados de

la medición

(mm)

OK No

Ok

Largo Ancho Largo Ancho

1 Equipo Armado 272 ± 0,5 160 ± 0,5 270 162 X

2 Máscara 168,2 ± 0,5 93 ± 0,3 168,2 93

X

3 Parte interna de la máscara 165,4 ± 0,5 91,8± 0,3 165 92 X

4 Correa 630 ± 0,8 140 ± 0,5 628 140

X

5 Velcro parte superior 35 ± 0,3 10 ± 0,2 35 10 X

6 Velcro parte inferior 50 ±0,3 10 ± 0,2 50 10 X


172

CAPÍTULO V

DISCUSIÓN

5.1. Discusión

En el presento trabajo, se ha determinado la factibilidad del diseño y fabricación de una máscara

de protección facial deportiva para traumas nasales con materiales compuestos a partir de imágenes

médicas DICOM del cráneo, con los resultados de diseño e ingeniería obtenidos en el capítulo

anterior.

Empezando con el estudio correcto de los requerimientos del usuario mediante una entrevista a

7 personas, cada una de ellas con un promedio de 50 minutos, mediante la matriz de requisitos

QFD se obtuvo que los deportistas que han sufrido una lesión nasal le prestan mayor importancia

a que el diseño sea exclusivo para ellos adaptándose a su fisonomía del rostro, la misma que no

debe afectar con la visibilidad, deber ser de un peso bastante ligero y que absorba el impacto de

una pelota o de un golpe físico para que no afecte a su nariz.

Se realizó los cálculos ingenieriles que se presentaron anteriormente, como es el caso de la

elongación de las correas de neopreno bajo una carga axial donde se sometió a una carga de 40 N,

aplicando la ley de Hooke se obtuvo que la elongación es de 169 mm, lo que permite que las

correas cumplan satisfactoriamente su funcionalidad de sujetar la cabeza con la máscara y que el

usuario puede desempeñarse con normalidad en la práctica deportiva. En el caso del esfuerzo

cortante de la cinta adhesiva velcro se obtuvo como resultado que el esfuerzo cortante es de 0,16

MPa al comparar con las especiaciones técnicas que da el fabricante como es la resistencia a la

tracción de 0,296 MPa, se concluye que la vida útil de la cinta adhesiva va hacer muy alta para el

uso específico que se le da como es fijar la máscara con la correa, debido a que tenemos una

173

relación de 1: 2 a favor de la especiación del fabricante. Finalmente, se tiene el cálculo del análisis

estático del cuerpo principal de la máscara por lo que se ha tomado para su resolución una viga de

168 mm de largo y los extremos que sufre una carga de 45 N, y el módulo máximo de Young de

la fibra de carbono epoxi / tejido no ondulado con resina es de 131 GPa, se ha obtenido como

resultado que el esfuerzo máximo de flexión es 0,0227 Mpa, se puede apreciar que es una

deformación mínima que afecta significativamente al pandeo de la máscara al momento de ejercer

una fuerza al momento de ajustarse las correas.

Mediante el software SolidWorks se realizó una simulación de impacto de la pelota de 410

gramos a una velocidad de 90 𝑘𝑚con la máscara elaborada en fibra de carbono, a través de la

ℎ

tensión de Von Mises se determinó que existe una deformación mínima que no afecta al usuario

al momento de usar la máscara debido que puede soportar una carga máxima de 1258, 75 Pa y la

simulación señala que la deformación no supera como máximo los 200 MPa. Por otra parte, se

tiene la simulación de la deformación unitaria de la espuma polimérica rígida LD en la cual se

apreció que la deformación se encuentra en la zona critica por lo que la esponja se deforma con

facilidad al momento de recibir el impacto y de esta manera evita que el golpe llegue a la nariz.

En la validación de la parte interna de la máscara se apreció que los materiales como es el caso

de la espuma polimérica rígida LD y la esponja flexible, con 0,105 J y 0,90 J respectivamente, por

lo que el material que más absorbe el impacto es la espuma polimérica rígida LD.

El diseño realizado de la máscara de protección facial deportiva tiene gran similitud con la

forma de la máscara de protección facial transparente de Mueller 81457 que se presentó en la Tabla

2, pero los factores diferentes del diseño propuesto son el tipo de material en la parte principal de

máscara y el diseño de las correas, además la máscara se encuentra recubierta por completo en el

174

interior de espuma polimérica rígida LD lo que garantiza la absorción del impacto con mayor

eficacia.

Uno de los principales aportes que tiene el proyecto es la innovación en el campo del diseño

industrial por lo que ya no es necesario tomar las medidas antropométricas del rostro del usuario

en físico, porque mediante las imágenes médicas DICOM del cráneo se generó el modelo

tridimensional del rostro, sobre el mismo que se trabajó el diseño de la máscara obteniendo como

resultado un diseño de la máscara de protección facial deportiva anatómicamente precisa al rostro,

de esta manera se logró obtener un aporte practico y teórico en el campo I + D + i (Ingeniería +

Diseño + innovación).

La principal limitación del proyecto fue la validación de impacto debido a que no se cuenta con

aparatos tecnológicos que realicen este trabajo con una confiabilidad exacta, por lo que se realizó

la validación mediante una aplicación móvil de un acelerómetro que muestra un gráfico de las

vibraciones que se obtiene al recibir el impacto, las apreciaciones de los resultados pueden variar

dependiendo de la aplicación móvil del acelerómetro que se use.

Los resultados obtenidos son confiables debido a que son cálculos de ingeniería con datos

exactos y reales, y mediante la simulación que se realizó en SolidWorks se puede verificar que la

máscara de protección facial deportiva sufre una deformación unitaria mínima.

El proceso de simulación de impacto en SolidWorks se lo puede realizar con diseños de equipos

de protección personal para el campo de deportes extremos, para garantizar el cuidado de las partes

principales del cuerpo humano.

175

CAPÍTULO VI

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1. Conclusiones

Se realizó un estudio correcto de los requerimientos del usuario mediante una matriz QFD,

con el fin de que la máscara de protección facial satisfaga las necesidades del consumidor y la

misma que tenga un alto impacto en los deportistas.

Mediante el software Invensalius se realizó el tratamiento de las imágenes médicas DICOM

del cráneo con el cual se generó un modelo tridimensional de la cara del usuario en tamaño real,

en el mismo que se le borró los tejidos y los huesos que no se requerían para el proyecto.

Se seleccionó los materiales idóneos para la máscara de protección facial deportiva de acuerdo

a los requerimientos y restricciones obtenidas, tomando en cuenta las propiedades mecánicas y el

índice del material.

Mediante una simulación de impacto en el software SolidWorks que el diseño de la máscara de

protección facial deportiva soporta un impacto de una pelota de futbol con masa de 410 gramos a

una velocidad de 90𝑘𝑚 , brindándoles confianza y seguridad a los usuarios al momento de usar la ℎ

máscara sin que afecte su rendimiento deportivo.

Se diseñó y fabricó una máscara de protección facial deportiva para personas que hayan sufrido

algún tipo de trauma nasal para aficionados a deportes de contacto como es el fútbol, rugby y el

baloncesto, la misma que protege su nariz de golpes físicos.

176

En la validación se aprecia que la máscara de protección facial deportiva, si cumple con los

requerimientos esenciales del cliente como es el peso, y que absorba impactos físicos, además

brinda confianza para que la puedan usar con normalidad en sus prácticas deportivas.

Mediante el modelo de Kano se realizó el respectivo análisis de que el manual de usuario no es

de gran importancia para los usuarios, debido a que es un producto sumamente fácil de usar.

6.2. Recomendaciones

En el país se debe empezar a realizar proyectos con herramientas de modelado digital y

prototipado rápido, para resolver este tipo de necesidades y brindarle un diseño exclusivo y

personalizado al usuario para que se te sienta bien con el producto.

Para el diseño de la esponja de la máscara se recomienda trabajar en unos surcos tipo canales

a los lados laterales para que pueda recopilar el sudor del deportista.

Para el proceso de diseño digital de la máscara es importante tomar en cuenta es recomendable

usar directamente softwares que trabajen con superficies y al mismo tiempo se pueda trabajar con

capas para fijar el objeto sobre el cual se va a diseñar.

En el parte de simulación en el sotfware SolidWorks para simular el impacto de la pelota con

la máscara es recomendable usar el análisis no lineal dinamico.

Para el proceso de fabricación se recomienda usar el equipo de proteccion personal idoneo para

no sufrir accidentes, ni enfermedades respiratorias debido a que la rexina epoxi y el catalizador

son materiales.

177

Para el proceso de fabricación de la máscara se recomienda usar dos capas de fibra de carbono

y en la parte del secado al vació es mejor realizarlo con una bomba de vació para que se adiera de

mejor manera la fibra y se optimise el tiempo de secado y curado.

Es recomendable usar siete capas de sera en el molde, capa capa se debe dejar secar alrededor

de 10 a 15 min. Finalmente, pasar un líquido desmoldante, de esta manera se garantiza que el

molde va a salir con facilidad.

Para mayor facilidad de trabajo es recomendable hacer los ahujeros peimero en la esponja antes

de pegar con la máscara.

Es recomendable dejar la máscara entre 12 a 14 horas, y para realizar el corte de lo ojos y de

los bordes es necesario usar un dremel debido a su maniobrabilidad y posteriormente realizar un

proceso de lijado en todas las aristas para eliminar todas las rebabas que deja el dremel.

Para las correas es recomendable reducir de el tamaño para que se vea esteticamente mejor, y

buscar otras opciones de materiales.

Para la validacion es recomendable realizar con la cabeza de un maniqui o con la interacción

del usuario dentro de un campo de juego.

En la selección de materiales es recomendable trabjar con CesEducpack para optimizar tiempo

y aprovechar toda la biblioteca que nos ofrece, de igual manera se puede usar para seleccionar el

proceso de fabricacion de cada componente.

178

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184

ANEXOS

185

Anexo A. Entrevista

Figura 79. Modelo de entrevista


186

Anexo B. Resultados de la interacción con los usuarios “QUES” de la matriz QFD

Pregunta Enunciado del cliente Necesidad Interpretada

¿Qué se le viene a la mente cuando usted

imagina una máscara de protección facial

deportiva?

Básicamente algo que le proteja contra

golpes

Que sea de un material que absorba el

impacto del golpe físico

Una máscara plástica que cubra la nariz y

boca

Que sea de un material plástico

Que brinde seguridad al momento de

jugar

Que cuente con debidas protecciones de

seguridad

Una máscara que cubra una parte de mi

cara especialmente mi nariz

Que el diseño de la máscara este enfocado

en proteger la nariz

Una protección para evitar fracturas en

jugadas de peligro o golpes durante la

actividad

Que cuente con debidas protecciones de

seguridad

Que sea específica para el deporte que

está practicando

Que el diseño sea personalizado

187


Que no genere asfixia al momento de usar Que el diseño de la máscara permita

respirar bien

¿Qué características harían que usted

compre una máscara de protección facial

deportiva?

Que se ajuste a mi forma facial

Que evite que sude

Que permita visualizar bien todo el campo

de juego

Que sea ajustable las correas

Que sea estética

Que sea anatómicamente precisa al rostro

Que sea de un material que evite el sudor

Que el diseño de la máscara permita una

buena visualización

Que se pueda regular las correas

Que sea agradable para el usuario

Que sea de un buen material

Que sea cómoda

Que se pueda limpiar con facilidad

Que sea de buen material

Que se adapte correctamente al rostro

Que el diseño sea accesible para la

limpieza

Que se pueda usar fácilmente

Que no produzca roces con la piel

Que se pueda reparar

Que sea sencilla de pocos componentes

Que sea de un material suave

Repuestos existentes en el mercado

188


Que sea a la medida exacta

Que no tenga lugares inaccesibles para

limpiar la mascara


Que sea fácil de limpiar

Que sea ligera

Que sea personalizada

Que sea antitranspirante

Que sea delicada con el rostro

Que sea amigable con el medio ambiente

Que sea de un material liviano



antitranspirante

Que sea de un material interior suave

Que sea de un material ecológico

Que sea cómoda

Que sea de fácil uso

Que sea pueda interactuar con el usuario

de una forma simple


Que sea sencilla de pocos componentes

Que tenga especificaciones de uso

Que quite la visión del jugador Que el diseño de la máscara permita una


189


¿Qué inconvenientes encontraría en el uso

de la máscara de protección facial

deportiva?

Que genere más calor

Que sea pesada

Que pueda llamar mucho la atención al

resto de competidores

Que sea de materiales que no generen

calor

Que sea de un material liviano

Que el diseño sea llamativo

Que genere sudor

Que tenga lugares inaccesibles para

limpiar la máscara

Que sea de un material que evite el sudor

Que sea fácil de limpiar

Que quite la visibilidad

Que sea demasiado grande

Que sea difícil de transportar

Que el diseño de la máscara permita una



Que su tamaño sea manejable

Que sean incomodas

Que no sean resistentes



Que no se acople bien a mi cara Que se adapte correctamente al rostro

190


Que no sea resistente a golpes fuertes Que sea de un material resistente a golpes

Que genera asfixia al momento de usar Que el diseño de la máscara permita

respirar bien

Que cause irritación a la piel Que sea de un material que no afecte a la

piel

¿Cree usted que la máscara de protección

facial deportiva afecte su rendimiento al

momento de practicar algún tipo de

deporte de contacto? ¿Por qué?

Si porque voy a estar preocupado de la

máscara que no me estorbe

Si se ajusta a mi cara no me preocuparía



Pueda que si por la fatigación Que se pueda respirar correctamente

Sí, porque solo lo utilizaría para jugar

futbol, y como es una vez a la semana me

costaría un poco adaptarme


No afectaría si es ligera y acoplada bien al

rostro

Que sea de un material ligero

Sí, porque me quitaría estabilidad Que se adapte correctamente al rostro

191


Puede afectar sí, no cumple con la función

de adaptabilidad facial y provoque roces e

irritación a la piel


No, si se ajusta correctamente Que se adapte correctamente al rostro


192

Anexo C. Resultados de la encuesta aplicando el Método de kano

Preguntas Posibles Respuestas Respuestas por Persona Total

1 2 3 4 5 6 7

1.- Si la máscara de protección facial deportiva 1 Me gusta X X X X 4

se puede limpiar con facilidad 2 Es algo básico

X

X 2

¿Cómo se siente? 3 Me da igual

X

1

4 No me gusta, pero lo tolero

0

5 No me gusta y no lo tolero

0

2.- Si la máscara de protección facial deportiva 1 Me gusta

0

no es resistente a golpes físicos 2 Es algo básico

0


X

1

4 No me gusta, pero lo tolero X

X X X X

5


X 1

3.- Si la máscara de protección facial deportiva 1 Me gusta X

X

X

X 4

es anatómicamente precisa al rostro 2 Es algo básico

X

X

2


0


0

193


1 2 3 4 5 6 7

5 No me gusta y no lo tolero X 1


1

no evita el sudor 2 Es algo básico

0


X

1


X X X X 4


X

1


X X X

X 4

es liviana 2 Es algo básico X X

2


0


0


X

1


0

no tiene repuestos en el mercado ecuatoriano 2 Es algo básico

0


X

1

194


1 2 3 4 5 6 7

4 No me gusta, pero lo tolero X X X X X X 6


0


X X X 4

es de fácil transportar 2 Es algo básico

X

1


X X

2


0


0


0

no tiene especificaciones de uso 2 Es algo básico

0


X X

2


X X X X 4

5 No me gusta y no lo tolero X

1


X X X 4

es resistente a golpes físicos 2 Es algo básico

X X

2

195


1 2 3 4 5 6 7

¿Cómo se siente? 3 Me da igual X 1


0


0


X

1

no es de fácil transportar 2 Es algo básico

0


X

1


X X X

X 5


0


X

X X X 5

evita el sudor 2 Es algo básico

0


X

1


X

1


0

1 Me gusta

0

196


1 2 3 4 5 6 7

12.- Si la máscara de protección facial deportiva

no se puede limpiar con facilidad

¿Cómo se siente?

2 Es algo básico 0

3 Me da igual

X

1


X X X X X 6


0

13.- Si la máscara de protección facial

deportiva tiene repuestos en el mercado

ecuatoriano ¿Cómo se siente?

1 Me gusta X

X

X X

4

2 Es algo básico

X

X 2

3 Me da igual

X

1


0


0


deportiva no es anatómicamente precisa al

rostro

¿Cómo se siente?

1 Me gusta

0

2 Es algo básico

0

3 Me da igual

X

1


X X X X X 6


0

197


1 2 3 4 5 6 7


deportiva tiene especificaciones de uso

¿Cómo se siente?

1 Me gusta X X X 3

2 Es algo básico X

X

2

3 Me da igual

X X

2


0


0


deportiva no es liviana

¿Cómo se siente?

1 Me gusta

0

2 Es algo básico

0

3 Me da igual

X

1


X X X X X 6


0



198

Anexo D. Modelo de encuesta

Figura 80. Encuesta sobre el diseño de la máscara


199

Anexo E. Proceso de fabricación

Figura 81. Fabricación de la máscara

200

Anexo F. Norma ISO 2768

Figura 82. Tolerancias generales ISO 2768

Fuente: Norma ISO 2768

201

Anexo G. Ficha técnica de la fibra de carbono

Figura 83. Ficha técnica de la fibra de carbono

202

Anexo H. Ficha técnica del neopreno

Figura 84. Ficha técnica del neopreno

203

Anexo I. Ficha técnica cinta adhesiva velcro

Figura 85. Ficha técnica cinta adhesiva velcro

204

Anexo J. Planos Conjunto y detalle

± 0,1 B (Media)

± 0,05 A (Fina)

más de 3 más de 6 más de 30 más de 120

hasta 6 hasta 30 hasta 120 hasta 400 0,5 hasta 3

Desviaciones admisibles respecto al valor nominal en mm Clase de

tolerancia

Norma ISO 2768 - M

± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5

Observaciones

2

272,0

1

Tolerancia:

Norma ISO 2768 - M

Fecha:

Peso:

0,60 kg

Nombre:

Materiales:Fibra de carbono (EP-CF70), espuma polimérica rígida LD y cinta adhesiva velcro

160,0

2

1 No.

Correa

Máscara

E - 500

C -300

No. de

Neopreno

Fibra de carbono

No.

No. del

0,10kg

0,5kg

Peso

Dib.

Rev.

Apro.

Pesantes C. Fuentes M.

Fuentes M.

U.C.E.

MÁSCARA DE PROTECCIÓN FACIAL DEPORTIVA

A -100

Escala:

1:1

Formato:

A2 Kg/pieza Material de Pieza

± 0,15 ± 0,2 ± 0,1 ± 0,05

161,0

Denominación Norma/Dibujo

de Orden Modelo/Semiproducto Ingeniería en Diseño Industrial

Observaciones

Norma ISO 2768 - M

Clase de

tolerancia

Desviaciones admisibles respecto al valor nominal en mm

0,5 hasta 3 más de 3

hasta 6 más de 6 hasta 30

más de 30 hasta 120


A (Fina) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2

B (Media) ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5

La unión de la fibra de carbono (EP -CF70) y la espuma polimérica rígida LD es mediante

pegamento supergen

168,2

SECCIÓN D - D ESCALA (1 : 1 )

D

88,5

Tolerancia:

Norma ISO

2768- M

Fecha: Dib.

Peso:

0,50 kg

Nombre:

Pesantes C.

Materiales:Fibra de carbono (EP - CF70) y espuma polimérica

rígida LD

Escala:

D 2 Parte interior de la máscara 1 Máscara - Cuerpo principal

No.

C-302

C-301

No. de

Espuma polimérica

Fibra de carbono

No.

No. del

0,10 kg

0,40 kg

Peso

Rev.

Apro.

Fuentes M.

Fuentes M.

U.C.E.

MÁSCARA

C-300

1:1

Formato:

A3 Kg/pieza Material Denominación de

Pieza

88,5

Norma/Dibujo de

Orden Modelo/Semiproducto Ingeniería en Diseño Industrial

Clase de

Norma ISO 2768 - M Desviaciones admisibles respecto al valor nominal en mm

tolerancia 0,5 hasta 3 más de 3 hasta 6

más de 6

hasta 30

más de 30

hasta 120

más de 120

hasta 400

A (Fina)

B (Media)

± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2

± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5

D

84,1 A C

B

PULIDO ESPECTACULAR

Tolerancia:

Norma ISO

2768 - M

Fecha: Dib.

Peso:

0,40kg

Nombre: Pesantes C.

Materiales: Fibra de carbono (EP - CF70)

MÁSCARA - CUERPO

Escala:

EN TODA LA SUPERFICIE FRONTAL N2

Rev.

Apro.

Fuentes M.

Fuentes M.

U.C.E.

PRINCIPAL

C - 301 Ingeniería en Diseño Industrial

1:1

Formato:

A3

86,2

93,0

Norma ISO 2768 - M

Clase de

tolerancia


0,5 hasta 3 más de 3 hasta 6

más de 6 hasta 30



A (Fina) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2

B (Media) ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5

10,3

20,6

30,9

41,3

51,6

61,9

72,3

82,7

4,66

1,5 4,6

10,3

20,6

30,9

41,3

51,6

61,9

72,3

82,7

DETALLE A

Tolerancia: Peso:


ESCALA 5:1 Norma ISO

2768 - M

Fecha: Dib.

Rev.

Apro.

No aplica

Nombre:

Pesantes C.

Fuentes M.

Fuentes M.

MÁSCARA - CUERPO

PRINCIPAL DETALLE A

Escala:

5:1

U.C.E. C - 301 (1/4)

Ingeniería en Diseño Industrial

Formato:

A2

45,6

45,0

44,3

42,6

41,4

38,7

36,3

34,5

22,1

21,4

18,9

15,9

9,1

9,0

15,0

Norma ISO 2768 - M

Clase de

tolerancia



más de 6 hasta 30



A (Fina) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2

B (Media) ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5

10,3

20,9

31,4

41,9

52,4

62,8

73,3

84,0

3,0

1,5 3,0

10,3 20,9

31,4

41,9

52,4

62,8

73,3

84,0

DETALLE B

ESCALA 5:1

Tolerancia:

Norma ISO 2768 - M

Fecha: Dib.

Rev.

Apro.

Peso:

No aplica

Nombre:

Pesantes C.

Fuentes M.

Fuentes M.


MÁSCARA - CUERPO

PRINCIPAL DETALLE B

Escala:

5:1

U.C.E. C - 301 (2/4)

Ingeniería en Diseño Industrial

Formato:

A2

47,4

47,3

46,2

45,4

42,5

31,6

29,3

29,2

25,1

24,5

21,2

16,8

10,8

15,0

F

código de p ( olímero EP - CF70)

3:1 F

6/6

7,2

DETALLE C ESCALA 2:1

14,4

21,6

28,8

36,00

43,2

Tolerancia:

Norma ISO

2768-M

Fecha:

Dib.

Rev.

Apro.

Peso:No aplica

Nombre:

Pesantes Cristian

Fuentes Mauricio

Fuentes Mauricio


MÁSCARA - CUERPO PRINCIPAL DETALLE C

Escala:

2:1

U.C.E. C - 301 (3/4) Ingeniería en Diseño Industrial

Formato:

A4

74,6

72,7

65,5

26,7

18,6

10,9

Norma ISO 2768 - M

Clase de

tolerancia



más de 6 hasta 30



A (Fina) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2

B (Media) ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5

2/6 E

E

(código de polímero EP - CF70)

Norma ISO 2768 - M

Clase de

tolerancia



más de 6 hasta 30



A (Fina) 0,05 0,05 0,1 0,15 0,2

B (Media) 0,1 0,1 0,2 0,3 0,5

10,2

20,4

30,6

40,80

60,0

Tolerancia: Peso: No aplica Norma ISO

2768-M

Fecha: Nombre:

DETALLE D ESCALA 5:1


MÁSCARA - CUERPO PRINCIPAL

Escala:

Dib.

Rev.

Apro.

Pesantes Cristian

Fuentes Mauricio

Fuentes Mauricio

U.C.E.

DETALLE D

C - 301 (4/4 ) Ingeniería en Diseño Industrial

5:1 Formato:

A4

22,1

33,9

41,5

42,6

45,8

5,0

Norma ISO 2768 - M

Clase de

tolerancia



más de 6 hasta 30



A (Fina) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2

B (Media) ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5

165,4

DETALLE A ESCALA ( 2 : 1 )

52,0

A

Nota: Esta pieza es basada en

la silueta de la máscara que se

Tolerancia: Norma ISO

2768 - M

Fecha:

Dib.

Rev.

Apro.

Peso: 0,10kg

Nombre:

Pesantes C.

Fuentes M.

Fuentes M.

Materiales: Espuma polimérica rígida LD

PARTE INTERNA DE LA MÁSCARA C - 302

Escala:

1:1 Formato:

encuentra en la lámina C - 300 U.C.E. Ingeniería en Diseño Industrial

48,9

91,8

A3

90,0

Observaciones

La unión del neopreno y del velcro es mediante una costura

SECCIÓN C -C

ESCALA ( 5 : 1 )

DETALLE B

ESCALA ( 5 : 1 )

A

2 B

630,0

C

DETALLE A

ESCALA ( 5 : 1 ) 1

C

Tolerancia: Peso: Materiales: Neopreno CR y cinta adhesiva velcro

3

3 Cinta adhesiva velcro parte inferior

Velcro

0,015

Norma ISO 2768 - M

Fecha: Dib.

Rev.

0,10kg

Nombre:

Pesantes C.

Fuentes M.

CORREA

Escala:

1:2 2 Cinta adhesiva velcro parte superior

1 Parte principal de la correa No.

No. de

Velcro Neopreno

No.

No. del

0,015kg

0,07kg

Peso

Apro.

Fuentes M.

U.C.E. E -500

Formato:

A2 Kg/pieza Material Denominación de

Pieza

2,5

2,0

140,0

Norma/Dibujo de

Orden Modelo/Semiproducto Ingeniería en Diseño Industrial

Norma ISO 2768 - M

Clase de

tolerancia



más de 6 hasta 30




A (Fina) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2 ± 0,3

B (Media) ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5 ± 0,5

29,00

630,0

DETALLE B

ESCALA ( 1 : 1 )

194,3 36,0

A

B C

130,6

1,0

DETALLE C

ESCALA ( 5 : 1 )

DETALLE A ESCALA ( 1 : 1 )

Tolerancia:

Norma ISO

2768 - M

Fecha: Dib.

Rev.

Apro.

Peso:

0,07kg

Nombre:

Pesantes C.

Fuentes M.

Fuentes M.

Materiales: Neopreno CR

PARTE PRINCIPAL DE LA CORREA

Escala:

1:2

U.C.E. E - 501 Ingeniería en Diseño Industrial

Formato:

A2

10,0

15,0

30,0

9,2

5,0

140,0

5,0

Norma ISO 2768 - M

Clase de

tolerancia



más de 6 hasta 30




A (Fina) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2 ± 0,3

B (Media) ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5 ± 0,5

35,0

Norma ISO 2768 - M

Clase de

tolerancia






A (Fina) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2

B (Media) ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5

1,0

Tolerancia:

Norma ISO 2768 - M

Fecha:

Dib.

Rev.

Apro.

Peso: 0,013kg

Nombre:

Pesantes Cristian

Fuentes Mauricio

Fuentes Mauricio

Materiales: Cinta adhesiva velcro

CINTA ADHESIVA VELCRO PARTE SUPERIOR

Escala:

5:1

U.C.E. E - 502 Ingeniería en Diseño Industrial

Formato:

A4

10,0

10,0

50,0

A

1,0

DETALLE A

ESCALA ( 10 : 1 )

Tolerancia:

Norma ISO

2768 - M

Peso: 0,017kg Materiales: Cinta adhesiva velcro

Fecha: Nombre: CINTA ADHESIVA VELCRO PARTE

INFERIOR

Escala:

2:1 Dib. Pesantes Cristian

Rev. Fuentes Mauricio

Apro. Fuentes Mauricio

U.C.E. E - 503 Formato:

A4 Ingeniería en Diseño Industrial

Norma ISO 2768 - M

Clase de

tolerancia






A (Fina) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2

B (Media) ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE … · 2020. 10. 9. · iii APROBACIÓN DEL TUTOR En mi calidad de Tutor del Trabajo de Titulación, presentada por CRISTIAN JAVIER PESANTES