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DISEÑO MECÁNICO DE UN DISPOSITIVO DE DIAGNÓSTICO PARA MULTÍMETROS DIGITALES FLUKE SERIE 80 DE LA EMPRESA MAKSER LTDA.

DIEGO ALEJANDRO FAJARDO VARGAS WILLIAM DARIO AGUIRRRE HERNANDEZ

FUNDACION UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍAS PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA BOGOTÁ D.C. 2013 1

DISEÑO MECÁNICO DE UN DISPOSITIVO DE DIAGNÓSTICO PARA MULTÍMETROS DIGITALES FLUKE SERIE 80 DE LA EMPRESA MAKSER LTDA.

DIEGO ALEJANDRO FAJARDO VARGAS WILLIAM DARIO AGUIRRRE HERNANDEZ

DIRECTOR: INGENIERO FABIO LORENZO ROA CARDENAS

TRABAJO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO MECATRÓNICO

FUNDACION UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍAS PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA BOGOTÁ D.C 2013 2

NOTA DE ACEPTACIร N

_____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________

_____________________________ Firma del director

_____________________________ Firma del jurado

_____________________________ Firma del jurado

Bogotรก D.C. Noviembre de 2013

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Dedicatoria

Dedicamos este trabajo en primer lugar a Dios por habernos permitido alcanzar un logro más en nuestra carrera profesional, por estar presente en cada momento de nuestras vidas y no dejarnos desfallecer ante las adversidades.

A nuestros padres por todo el apoyo y los consejos brindados, a nuestros hermanos por su motivación constante, a la demás familia y amigos que fueron parte fundamental en el día a día para conseguir nuestros objetivos. A la empresa Makser Ltda por darnos la oportunidad de poner en práctica nuestras habilidades y llevar acabo el desarrollo de este diseño.

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Agradecimientos

Agradecemos a Elizabeth Beltrán, directora del programa Ingeniería Mecatrónica, por los aportes y el apoyo brindado tanto a lo largo del proceso académico como en la etapa final para la entrega de esta tesis.

Agradecimientos especiales al Ingeniero Fabio Lorenzo Roa Cardenas, docente del programa, por su aporte dedicación y colaboración brindada como director de tesis, para optar por el título de Ingeniero Mecatronico.

De igual manera a el Ingeniero Jaime Guerrero, Gerente Técnico de Makser Ltda, por la confianza brindada y la ayuda ofrecida en el desarrollo de este diseño.

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TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 14 JUSTIFICACION............................................................................................... 16 OBJETIVOS ...................................................................................................... 19 General .......................................................................................................... 19 Específicos .................................................................................................... 19 ANTECEDENTES ............................................................................................ 20 1. MARCO TEÓRICO. ................................................................................... 23 1.1. Proceso de Diseño en Ingeniería .......................................................... 23 1.2. Herramientas Computacionales Para Diseño Modelamiento y Simulación ..................................................................................................... 25 1.2.1. Solid Works ...................................................................................... 26 1.2.2. Catia ................................................................................................. 26 1.3. Aspectos normativos.............................................................................. 27 1.3.1.

Normatividad

para

diseño

de

productos

que

involucran

componentes eléctricos. ............................................................................ 28 1.3.2. Normatividad para diseño de puestos de trabajo........................... 32 2. PROCESO DE DISEÑO DEL DISPOSITIVO PARA DIAGNÓSTICO DE MULTÍMETROS DIGITALES FLUKE SERIE 80 ............................................. 34 2.1. Reconocimiento de la necesidad .......................................................... 35 2.1.1. Makser Ltda. .................................................................................... 36 2.1.2. Multímetros Digitales Fluke Serie 80 .............................................. 37 2.2. Definición del problema ......................................................................... 40 2.3. Consideraciones preliminares para el diseño del dispositivo. ............. 42 2.3.1. Sistema eléctrico ............................................................................ 42 6

2.3.2. Sistema mecánico ........................................................................... 50 3. CRITERIOS DE DISEÑO PARA EL DISPOSITIVO DE DIAGNÓSTICO DE MULTÍMETROS FLUKE SERIE 80 ................................................................. 51 3.1. Criterios según Reglamentó técnico para instalaciones eléctricas (RETIE). ......................................................................................................... 51 3.2. Criterios generales: ................................................................................ 56 4. MODELADO MECÁNICO DEL DISPOSITIVO DE DIAGNÓSTICO PARA MULTÍMETROS DIGITALES FLUKE SERIE 80 ............................................. 58 4.1 Estructura inferior ................................................................................... 58 4.2. Estructura superior:................................................................................ 66 4.3. Tablero eléctrico: .................................................................................. 68 4.4. Panel de control: .................................................................................... 70 4.5. Área de trabajo:...................................................................................... 74 4.6. Envolventes: ........................................................................................... 75 4.7. Rotulado ................................................................................................. 87 4.7.1.

Rotulado informativo: ................................................................... 87

4.7.2.

Rotulo preventivo: ........................................................................ 89

4.8.

Modelado Final.................................................................................... 90

5. EVALUACIÓN DE CRITERIOS DE DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE DIAGNÓSTICO PARA MULTÍMETROS DIGITALES FLUKE SERIE 80. ...... 94 5.1. Evaluación de criterios normativos ....................................................... 94 5.1.1. Calificación IP ................................................................................. 94 5.1.2. Prueba IK. ........................................................................................ 98 5.2. Evaluación de Criterios Generales. ..................................................... 106 5.2.1. Tamaño .......................................................................................... 106 5.2.2. Relación de pesos del dispositivo. ................................................ 108 7

5.2.3. Transporte del producto ................................................................ 108 5.2.4. Descripción Cualitativa .................................................................. 111 5.2.5. Aspectos Ergonómicos.................................................................. 111 5.2.6. Resistencia al desgaste y uso. ..................................................... 114 5.2.7. Selección de materiales. ............................................................... 115 5.2.8. Ensamble ....................................................................................... 119 5.2.9. Mantenimiento ............................................................................... 120 5.3. Listado de verificación. ........................................................................ 120 5.4. Recursos humanos, fungibles y materiales ........................................ 123 5.5. Evaluación económica y financiera. .................................................... 126 CONCLUSIONES ........................................................................................... 129 RECONOCIMIENTOS .................................................................................... 130 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 131

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TABLA DE ILUSTRACIONES.

Ilustración 1 Diagrama de bloques de un multímetro digital. (ICM, 2005 2013) ................................................................................................................. 21 Ilustración 2. Fases de diseño. (Budynas-Nisbett, 2012) .............................. 34 Ilustración 3. Plano eléctrico generador de voltajes alternos. (Autores, 2013). ........................................................................................................................... 44 Ilustración 4. Plano eléctrico generador de voltajes directos (Autores, 2013). ........................................................................................................................... 45 Ilustración 5. Plano eléctrico generador de corriente (Autores, 2013). .......... 48 Ilustración 6. Angulo estructural (Autores, 2013). ........................................... 59 Ilustración 7. Isométrico estructura inferior (Autores, 2013). .......................... 59 Ilustración 8 Detalle unión estructura (Autores, 2013). ................................... 60 Ilustración 9 Detalle soldadura MIG. ................................................................ 61 Ilustración 11 Tipo de bisel para la soldadura en la estructura del dispositivo.

(Slideshare, 2012) ............................................................................................ 63 Ilustración 10 Detalle unión (Slideshare, 2012)............................................... 63 Ilustración 12. Estructura inferior acotada (Autrores; 2013). .......................... 63 Ilustración 13. Detalle anclaje de la estructura (Autores, 2013). .................... 64 Ilustración 14. Detalle argollas para izar (Autores, 2013). .............................. 64 Ilustración 15. Detalle omega estructural (Autores, 2013)............................. 65 Ilustración 16. Detalle omega pisos (Autores, 2013). ..................................... 66 Ilustración 17. Angulo estructural superior (Autores, 2013)............................ 66 Ilustración 18. Estructura superior sombreada (Autores, 2013). .................... 67 Ilustración 19. Detalle acople de las dos estructuras (Autores, 2013). .......... 68 Ilustración 20. Soporte posterior (Autores, 2013). .......................................... 69 9

Ilustración 21. Soporte posterior (Autores, 2013) ........................................... 69 Ilustración 22. Ubicación de los componentes eléctricos dentro del armario (Autores 2013). ................................................................................................. 70 Ilustración 23. Panel de control (Autores, 2013). ............................................ 71 Ilustración 24. Distribución elementos en el panel de control. (Autores, 2013). ........................................................................................................................... 72 Ilustración 25. Ubicación del panel de control dentro en el dispositivo.

(Autores, 2013). ................................................................................................ 73 Ilustración 26. Área de trabajo. (Autores, 2013). ............................................ 74 Ilustración 27. Ubicación área de trabajo en el dispositivo. (Autores, 2013). 75 Ilustración 28. Tapas laterales del dispositivo. (Autores, 2013). .................... 76 Ilustración 29. Tapa lateral izquierda. (Autores, 2013). .................................. 77 Ilustración 30. Ventilación tablero eléctrico. (Autores, 2013).......................... 77 Ilustración 31. Recubrimiento posterior. (Autores, 2013). .............................. 78 Ilustración 32. Detalle sujeción de tapas. (Autores, 2013). ............................ 79 Ilustración 33. Tapa basculante. (Autores, 2013). .......................................... 80 Ilustración 34. Detalle bisagra de la tapa basculante. (Autores, 2013). ......... 80 Ilustración 35. Accionamiento de seguridad. (Autores, 2013). ....................... 81 Ilustración 36. Puerta del tablero eléctrico. (Autores, 2013). .......................... 82 Ilustración 37. Mecanismo de cierre para la puerta del tablero eléctrico.

(Autores, 2013). ................................................................................................ 83 Ilustración 38. Llave de tablero eléctrico. (Autores, 2013). ............................. 83 Ilustración 39. Ubicación puerta del tablero eléctrico. (Autores, 2013). ......... 84 Ilustración 40. Área de almacenamiento de herramientas. (Autores, 2013). . 85 Ilustración 41. Puerta izquierda del almacén. (Autores, 2013). ...................... 85 Ilustración 42. Puertas del dispositivo abiertas. (Autores, 2013).................... 86 Ilustración 43. Bisagra de la puerta inferior. (Autores, 2013). ........................ 87 10

Ilustración 44. Rotulo informativo. (Autores, 2013). ........................................ 88 Ilustración 45. Ubicación del rotulo informativo en el dispositivo. (Autores, 2013). ................................................................................................................ 88 Ilustración 46. Rotulo riesgo eléctrico panel de control. (Autores, 2013). ...... 89 Ilustración 47. Rotulo riesgo eléctrico tablero. (Autores, 2013). ..................... 90 Ilustración 48. Isométrico dispositivo. (Autores, 2013). .................................. 91 Ilustración 49. Vistas laterales del dispositivo. (Autores, 2013). .................... 92 Ilustración 50. Vista posterior. (Autores, 2013). .............................................. 92 Ilustración 51. Vista explosionada del dispositivo. (Autores, 2013). .............. 93 Ilustración 52. Tapa frontal acotada. (Autores, 2013). .................................. 102 Ilustración 53. Simulación prueba IK 05 CATIA ............................................ 103 Ilustración 54. Simulación prueba IK 05 SOLIDWORKS .............................. 104 Ilustración 55. Tapa frontal con tensiones activas. ....................................... 105 Ilustración 56. Dispositivo plegado. (Autores, 2013). .................................... 107 Ilustración 57. Dispositivo en funcionamiento. (Autores, 2013).................... 107 Ilustración 58. Argolla para transporte lado izquierdo. (Autores, 2013). ...... 109 Ilustración 59. Argolla para transporte lado derecho. ................................... 109 Ilustración 60. Modo de transportar el dispositivo. (Autores, 2013). ............ 110 Ilustración 61. Postura ergonómica del operario frente al dispositivo.

(Ergonomianazaret, 2012) ............................................................................. 112 Ilustración 62. Croquis de la estructura de la interfaz.(Autores, 2013). ....... 113 Ilustración 63. Ejemplo de la ergonomía de los componentes usados en el dispositivo. ...................................................................................................... 114

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TABLA DE CUADROS

Tabla 1 Fases de diseño del dispositivo de diagnóstico para multímetros digitales Fluke serie 80 v. (Autores, 2013) ...................................................... 35 Tabla 2. Especificaciones generales del multímetro Fluke serie 80 (Fluke, 2013) ................................................................................................................. 39 Tabla 3. Especificaciones ambientales del multímetro Fleke serie 80 (Fluke, 2013) ................................................................................................................. 40 Tabla 4. Especificaciones se seguridad del multímetro Fluke serie 80 (Fluke, 2013) ................................................................................................................. 40 Tabla 5. Especificaciones mecánicas del multímetro Fluke serie 80 (Fluke, 2013) ................................................................................................................. 40 Tabla 6. Valores a generar mediante el dispositivo de diagnóstico para multímetros digitales Fluke serie 80 (Autores, 2013). ..................................... 43 Tabla 7. Calificación IP para tableros eléctricos (Hoffman Enclosures Inc, 2009) ................................................................................................................. 96 Tabla 8. Código IK (Pasteau, 2012) ................................................................ 99 Tabla 9. Relación de pesos del dispositivo. .................................................. 108 Tabla 10. Relación de materiales y cantidad. (Autores, 2013). .................... 116 Tabla 11. Especificaciones técnicas del ángulo estructural. (La Campana, 2013) ............................................................................................................... 117 Tabla 12. Composición química Cold rolled (La Campana, 2013) .............. 118 Tabla 13. Evaluación de criterios diseño del dispositivo de diagnóstico.

(Autores, 2013). .............................................................................................. 123 Tabla 14 Listado de recursos. (Autores, 2013) ............................................. 125 Tabla 15 Costos sin Dispositivo de diagnóstico por cinco años (Autores, 2013) ............................................................................................................... 127 Tabla 16 Costos con Dispositivo de diagnóstico por cinco años (Autores, 2013) ............................................................................................................... 128 12

ANEXOS

01- Glosario.

02- Planos mecánicos de construcción.

03- Manual de instrucciones para el uso de su dispositivo de diagnóstico para multímetros digitales Fluke serie 80.

04- Participación II Congreso internacional de ingeniería Mecatrónica y automatización.

05- Cálculos estructurales del dispositivo de diagnóstico para multímetros digitales Fluke serie 80.

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INTRODUCCIÓN La actividad profesional del ingeniero Mecatrónico, es el resultado de la capacidad para poner en operación el conjunto de conocimientos adquiridos en el proceso de formación del individuo, sumado a las

habilidades, al

pensamiento, al carácter y a los valores propios de éste, de manera integral en las diferentes interacciones que tienen los seres humanos para la vida en el ámbito personal, social y laboral.

En consecuencia no debe desconocerse el aporte realizado por Uniagraria a través de la Misión del programa(Ingeniería Mecatrónica), en la cual expresa un compromiso con el desarrollo sostenible del país y el fomento a la productividad - competitividad, mediante la formación de profesionales idóneos,

emprendedores, con

competencias

investigativas,

con

responsabilidad social y ambiental y que aporten a la solución de problemáticas relacionadas con la eficiencia y eficacia de los procesos productivos.

Como resultado de la anterior interacción, se presenta este documento, estructurado en cinco capítulos de los cuales se enseña a continuación una breve descripción.

El primer Capítulo corresponde al Marco Teórico, en el cual se aborda el concepto de Diseño Mecánico,

entendido éste, como un proceso

estructurado o plan formulado para la satisfacción de una necesidad; También, como un ejercicio de creatividad e innovación aplicada en el que se integran diversas disciplinas y donde la experiencia de quien diseña juega un papel importante. En el siguiente Capítulo (dos), se esboza la aplicación de una metodología

para el diseño de un dispositivo de diagnóstico de

multímetros Fluke serie 80 atendiendo a un proceso iterativo que incluye: reconocer una necesidad, definir un problema, hacer unas consideraciones 14

preliminares de diseño, plasmar un análisis o modelado, realizar una evaluación y por ultimo una presentación.

El análisis detallado de las consideraciones de diseño se convierten en el insumo fundamental para desarrollar el Capitulo Tres; los especificaciones) de diseño: generales y específicos;

criterios (o

que básicamente,

corresponde a un listado de características que debe cumplir el producto y en el cual toma un papel importante el cumplimiento de Normas, Reglamentos u otros tipos de documentos que se consideren pertinentes.

Los resultados de la interacción entre el conocimiento y la experiencia en el manejo de Software de Modelado Solid-Works, permiten tomar esta herramienta para realizar un modelo o prototipo del producto a desarrollar y cuyos resultados se consignan en el Capítulo Cuatro.

Finalmente, en el Capítulo Quinto, queda señalado como se realizó la evaluación de los criterios más relevantes y de estricto cumplimiento acorde al Reglamento Técnico para Instalaciones Eléctricas RETIE y Normas Técnicas, que fueron presentados en el Capítulo Tres de este documento, con el fin de obtener un

producto de calidad.

Se evalúan aspectos

generales y específicos como por ejemplo, el grado de protección IK exigido por el RETIE y que es posible calcular mediante la utilización de software.

15

JUSTIFICACION

La relevancia del programa de Ingeniería Mecatronica radica en que se orienta a responder académicamente frente a las necesidades locales, regionales, nacionales e internacionales. Esto es posible cuando se promueve la capacidad de indagación y búsqueda, mediante la formación de un espíritu crítico e innovador que permita potenciar a los estudiantes en la formulación de problemas y sus correspondientes alternativas de solución.

Esta propuesta nace de la necesidad observada por los autores en una importante empresa y propone una solución.

La empresa Makser Ltda., se encuentra entre una de las principales distribuidoras especialistas en maquinaria CNC, CAD y CAM para procesamiento de lámina metálica (cold roll, hot roll, acero inoxidable y no ferroso), tubería, perfiles estructurales de hierro, aluminio y PVC, madera maciza y aglomerado de madera, para el cubrimiento Nacional. La empresa cuenta con un Servicio Técnico conformado por técnicos especializados en sistemas hidráulicos, mecánicos, electrónicos y eléctricos, además, con equipos modernos para atender los servicios de mantenimiento preventivo o correctivo de las máquinas que instala en Colombia.

Makser Ltda., está certificada por la Norma de Calidad ISO 9001, en razón a ello debe garantizar que sus técnicos e ingenieros cuenten con las herramientas de la mejor calidad, en cumplimiento de los requisitos de certificaciones donde se demuestre que garantizan los rangos de mediciones con un mínimo margen de error.

Con éstos multímetros se detectan problemas que presentan las máquinas instaladas a los clientes en diferentes zonas del país, tales como fallos en el suministro y adecuación de la infraestructura eléctrica para las máquinas 16

(acometida eléctrica), daños en componentes específicos, eventos eléctricos (falsos contactos, perdida de potencia, perdida de señales) , entre otros.

El servicio técnico que ofrece la empresa consiste en diagnosticar qué tipo de problemática presenta la maquinaria que se revisa, lo cual se realiza en la mayoría de los casos con el Multímetro Fluke Serie 80. No obstante, debido a que el multímetro es la herramienta más usada por parte de los técnicos e ingenieros suele presentar alteraciones en las mediciones ocasionadas por mal manejo por parte de los técnicos, por ejemplo, olvidos en la manipulación del botón selector cuando se va a medir corriente alterna o continua, cuando es sometido a medidas fuera del rango permitido, golpes e impactos, también relacionados con la vida útil del instrumento, que puede ocasionar que se presenten anomalías en el rango de funcionamiento óptimo con ocasión de un deterioro de componentes internos.

Así mismo, se ha podido establecer que Makser Ltda., no cuenta con un instrumento de verificación de las funciones de los Multímetros Fluke Serie 80, donde se determinen las posibles variaciones de sus funciones y que permita establecer resultados que orienten al área de servicio técnico en la toma de decisiones en cuanto a la calibración de los multímetros antes de la fecha presupuestada.

Este ultimo aspecto, motivó la realizacion del presente trabajo, con el proposito de permita

ofrecerle a la empresa Makser Ltda., un instrumento que le

realizar

funcionamiento

dentro

de

sus

instalaciones,

la

verificación

del

del Multímetro Digital Fluke Serie 80. Las ventajas que

obtendrá la empresa son, en primer lugar, un chequeo permanente de los aparatos que garantice la calidad en la prestación de sus servicios.

En segundo lugar, podrá detectar cuáles son los daños o alteraciones más frecuentes que sufren dichos aparatos y las causas de los mismos, esta información resultará valiosa para la prevención y control de los daños así 17

como para una mayor longevidad de los instrumentos, lo cual se traduce en reducción de costos y generar garantía de calidad.

Adicionalmente, la empresa no tendrá que sufrir retrasos en la programación de mantenimientos como consecuencia del tiempo que los técnicos o ingenieros quedan sin instrumento de medición, por no disponer de los instrumentos de verificación en buenas condiciones y en el momento oportuno. Tampoco se incurrirá en gastos de envío por simples revisiones preventivas, limitando estos envíos estrictamente a los casos de calibración y certificación.

Dentro de las competencias profesionales del Ingeniero Mecatronico, egresado de Uniagraria se encuentra el desarrollo de habilidades para diseñar dispositivos, que hagan más eficiente y eficaz la producción y la calidad de los productos (en este caso, los servicios prestados), resolviendo problemáticas del sector industrial para el crecimiento de su productividad.

18

OBJETIVOS General Realizar el diseño mecánico de un dispositivo de diagnóstico

para

multímetros digitales Fluke serie 80 de la empresa Makser ltda.

Específicos 

Reconocer los aspectos teóricos, conceptuales y normativos que involucran el diseño mecánico de un dispositivo.



Determinar los principales criterios para el diseño mecánico de un dispositivo de diagnóstico de los Multímetros Digitales Fluke Serie 80.



Realizar el modelado del dispositivo mecánico para el diagnóstico de los Multímetros Digitales Fluke Serie 80 utilizando el software de diseño Solid Works.

19

ANTECEDENTES

La metrología es la ciencia de la medición. Su objetivo principal es garantizar la confiabilidad de las mediciones. La metrología es una ciencia en constante evolución y desarrollo; muchos de los progresos tecnológicos de la actualidad se dan gracias al avance de la metrología. Esta ciencia se encuentra en todas partes, ya sea en la industria, en el ámbito legal, en la misma ciencia, etc. Makser Ltda, es una empresa que a nivel industrial demanda la necesidad de calibración de sus diferentes equipos de medición, entre ellos, más específicamente en el campo eléctrico; los multímetros digitales.

El campo de certificación y calibración de los multímetros en Colombia, está muy limitado debido al presupuesto que esté demanda en cuanto a la instrumentación para hacerlo, por lo que en la actualidad solo existe una empresa con los requerimientos para hacer la calibración de los multímetros (SEISA Sistemas E Instrumentación S.A.) El multímetro digital es un instrumento con capacidad para medir tensión e intensidad tanto en continua como en alterna; igualmente tiene capacidad de medida de resistencia y cuenta con representación numérica de los resultados. El sistema básico de medida de un multímetro digital lo constituye un convertidor analógico digital, y las restantes capacidades de medida se obtienen mediante circuitos auxiliares que se adicionan a este circuito básico.

La diferencia entre los distintos modelos radica principalmente en la exactitud conseguida, siendo ésta consecuencia del método de medida utilizado y del diseño.

20

Otro factor importante a considerar es la resolución o número de dígitos de su pantalla de representación y que normalmente se utiliza para definir el multímetro (31/2, 41/2, 51/2 dígitos, etc. ).

La Figura 1 muestra el diagrama de bloques de un multímetro digital. En él puede observarse que el sistema básico de medida lo constituye el bloque que realiza la medida de tensión continua (convertidor analógico/digital), y que las restantes medidas se fundamentan en ésta. (ICM, 2005 -2013)

Ilustración 1 Diagrama de bloques de un multímetro digital. (ICM, 2005 -2013)

El convertidor analógico/digital convierte la entrada analógica de tensión continua en una salida digital, y es el responsable de muchas de las características del multímetro (velocidad de lectura, linealidad, resolución, rechazo en modo normal, y exactitud). La salida digital se puede enviar a una o varias puertas, incluyendo la pantalla principal o salidas IEEE 488, y RS232.

Las medidas de intensidad se realizan mediante unas resistencias o shunts por las que circula la intensidad a medir provocando una caída de tensión.

Las medidas de tensión, tanto alterna como continua pasan a través de atenuadores para adaptar el nivel de tensión a la entrada del convertidor. Las 21

medidas

de

tensión

alterna

se

realizan

mediante

una

conversión

alterna/continua y medida posterior de la tensión continua con el convertidor analógico/digital. Para la medida de resistencia el instrumento dispone de una fuente de intensidad de continua (convertidor de ohmios) que se hace circular por la resistencia, midiendo la tensión resultante con los atenuadores y convertidor analógico/digital ya mencionados. (ICM, 2005 -2013) Existen dos métodos de calibración de multímetros Método directo: utilizando un calibrador como patrón.

Método indirecto: por comparación con otro multímetro.

(SNM, 2012) El dispositivo diseñado en este documento, se basa en el método indirecto para realizar el diagnostico de los multímetros, este consiste en tener un multímetro patrón, el cual solo de sebe usar para mediciones en el dispositivo y se debe garantizar su funcionamiento enviándolo a calibrar anualmente.

22

1. MARCO TEÓRICO.

1.1. Proceso de Diseño en Ingeniería La palabra diseño tiene su origen etimológico en la palabra italiana disegno, (dibujo), designio, signare (lo por venir). El diccionario de la Real Academia Española lo define como “traza o delineación de un edificio o de una figura.

Proyecto, plan. Concepción original de un objeto u obra destinados a la producción. Forma de cada uno de los objetos. Descripción o bosquejo verbal de algo. (Real academia española.)

El diseño no es otra cosa que la formulación de un plan para la satisfacción de una necesidad. En cuanto al diseño mecánico se puede decir que en él se esquematizan objetos y sistemas de carácter mecánico, es decir, estructuras, piezas, mecanismos, dispositivos o instrumentos. Para esto se vale de ciencias como la matemática, de las ciencias mecánicas aplicadas a la ingeniería así como de diferentes disciplinas de la física.

Gonzales García, describe la actividad de ingeniería como el proceso de aplicar diversas técnicas, metodologías y principios científicos con objeto de definir un dispositivo, proceso o sistema con suficiente detalle para permitir su realización.

(Gonzales Garcia V, 2013) Esté concepto es compartido

también por Norton,

(Nortón, 1999) quien además agrega que en este

proceso se aplican procedimientos científicos. Spotts y Shoup añaden un aspecto fundamental: el proceso debe ir encaminado a suplir una necesidad.

El diseño además, es un ejercicio de creatividad e innovación aplicada en el que se integran diversas disciplinas y donde la experiencia de quien diseña juega un papel importante. Manchado (Manchado, 2004), señala dos los objetivos fundamentales en la actividad de diseño: 23

 

El objetivo tangible que tiene que ver con los requisitos técnicos, dimensionales, etc.

El objetivo intangible que involucra aspectos estéticos, imagen de marca, connotaciones subjetivas, etc. (Manchado, 2004)

En el proceso de diseño se requiere el dominio de criterios como el de estudio de cargas sobre las piezas, facilidad de fabricación; aspectos de montaje, durabilidad, mejora de prestación de servicio, fiabilidad, seguridad, valor agregado, factor diferenciador, compromiso ambiental, reciclaje, costo, relación costo beneficio, estética, condiciones de ergonomía, imagen de marca y posible continuidad en el ciclo de vida del producto.

Polya Estableció las cuatro fases de diseño, los cuales son sintetizados en cuatro etapas, comprensión del problema, concepción de un plan o propuesta, ejecución de un plan, examen de una solución. (Polya, 1981). Así mismo Mason, Burton y Stacey, definieron las fases como de abordaje, ataque y revisión. (Mason. J., 1989), Por otra parte Martínez, presenta los objetivos de los tres grandes hitos del diseño: el diseño conceptual, el diseño preliminar, el diseño detallado.

El objetivo final de un diseño mecánico es obtener un producto útil que satisfaga las necesidades del cliente además, que sea seguro, eficiente, confiable económico y de manufactura práctica. (Moth, 2006).

El proceso de diseño debe ajustarse a todas las funciones que debe cumplir el producto de tal modo que el cliente este satisfecho. En el PROCESO DE REALIZACION DEL PRODUCTO, se consideran algunos de los siguientes factores:    

Tecnología disponible que puede usarse en el producto Disponibilidad de materiales y componentes que puedan incorporarse al producto Diseño y desarrollo del producto Documentación del diseño 24

         

Relación de clientes Conocimiento de la fuerza de trabajo Instalaciones físicas disponibles Requisitos de sistemas de calidad Operación y mantenimiento en la planta física Requisitos de servicio al cliente Problemas ambientales durante la fabricación, funcionamiento y disposición final del producto Requisitos legales Disponibilidad financiera Factibilidad de producción

1.2. Herramientas Computacionales Para Diseño Modelamiento y Simulación Algunos autores han definido la simulación como la manipulación de un modelo, de forma que funcione en el tiempo y en el espacio, permitiendo de esta manera percibir interrelaciones que de otra manera no serian fáciles de apreciar.

La definición de Shubik ( Fundamental concepts in the design of experiments, 1964 ), define la simulación de un sistema (o de un organismo) como la operación de un modelo (simulador) el cual es una representación del sistema. Este modelo puede sujetarse a manipulaciones que, de otro modo, serían imposibles de realizar, demasiado costosas o imprácticas”.

De la definición anterior se deducen algunos de los beneficios generales de cualquier proceso de simulación como lo son: disminuir inversiones y gastos de operación, reducir el tiempo de desarrollo, asegurar el funcionamiento que se desea, conocer oportunamente hechos relevantes , posibilitar cambios en el momento pertinente, explorar posibilidades, proveer problemas, etc.

25

La simulación conlleva unas etapas que incluyen la formulación del problema, el planteamiento de los objetivos, la conceptualización del modelo, la recogida de datos, la traducción del modelo, la verificación del modelo, la validación del modelo, el diseño experimental, la ejecución, el análisis de los resultados y la documentación.

Teniendo presente la no linealidad del proceso de diseño y que este implica acciones iterativas con diversas partes del proceso y del producto, las herramientas computacionales son muy útiles en el proceso.

Para el desarrollo de este trabajo se utilizó el software de modelamiento conocido como Solid Works y CATIA. 1.2.1. Solid Works Es un programa de diseño asistido por computadora para modelado mecánico desarrollado por SolidW Corp, para el sistema operativo Microsoft Windows. Es un modelador de sólidos paramétrico, que permite modelar piezas y conjunto y extraer planos y demás información necesaria para la producción. El proceso permite modelar la idea metal del diseñador construyendo virtualmente la pieza o el conjunto posteriormente los planos y ficheros se realizaran de manera automatizada.

SolidWorks

permite

diseñar

fácilmente

extrusiones,

revoluciones,

operaciones en lámina, vaciados complejos, taladros y aprovechamiento de material. Asi mismo facilita la referencia con otras piezas acelerando el diseño de ensambles y permitiendo simula el movimiento de partes mecánicas.

1.2.2. Catia Es una herramienta usada para el diseño y/o mecanizado desarrollado por Dassault Suystemes y distribuido por IBM con el objetivo de crear una solución que abarcase el CAD/CAM/ CAE/ KBE /PDM (Diseño/ <mecanizado/ Calculo de Estructuras/Gestión del conocimiento/Gestión del producto).

26

Catia ofrece módulos de modelado de sólido para la creación de piezas, análisis de ángulos y curvaturas, propiedades físicas, generación automática de planos, operaciones con chapa, estructuras metálicas diseño de formas y estilos. Entre otras funciones, el CATIA dispone de un módulo de Análisis el cual realiza el análisis de esfuerzos y vibración en conjuntos con el fin de generar diseños de alta calidad en poco tiempo. Aunque no es un software estricto de cálculo por elementos finitos si permite simplificar el análisis. El programa genera reportes en modo automático con representaciones graficas de las tensiones y deformaciones. Nuevas actualizaciones del programa permiten calcular algunos parámetros y realizar algunos cálculos superficiales.

1.3. Aspectos normativos.

La palabra norma deriva del latín normun que significa “regla a seguir”. Las normas, generalmente presentadas en fascículos, son documentos técnicolegales que contienen una serie de especificaciones apropiadas para el control de determinado producto o servicio. La importancia del desarrollo de normatividades está determinada porque a través de ellas se establecen los estándares de calidad constante del producto, su uniformidad, eficiencia y eficacia, se establecen las pautas de inspección, se determina el uso de materiales, diseño, construcción y políticas de seguridad. Las normas son elaboradas a partir del consenso de las partes involucradas en el tema (fabricantes, centros de investigación, asociaciones, profesionales, etc.) y se fundamentan en el desarrollo tecnológico y la experiencia empírica de resultados.

Cabe señalar que cada norma está redactada con un lenguaje técnico particular que por un lado, restringe las ambigüedades y por otro establece una mayor especificidad técnica, la cual suele ser aprobada por órganos nacionales o internacionales.

27

1.3.1. Normatividad para diseño de productos que involucran componentes eléctricos.

En el diseño mecánico de un dispositivo que involucra componentes eléctricos se hace obligatorio aplicar la normatividad vigente ya que ésta proporciona los criterios estándar de diseño, lo cual brinda mayor seguridad.

En cumplimiento del objetivo del trabajo se hace necesario sujetarse a las normas técnicas, ya que el dispositivo a diseñar contiene un tablero eléctrico, mecanismos de conexión, comando, protección, alarma, señalización y medición aspectos que hacen necesario revisar la normatividad pertinente.

Uno de los objetivos de las normas es el de garantizar la seguridad, en este caso, de los gabinetes, tableros o armarios eléctricos. Así, los documentos que se tendrán en cuenta para el desarrollo del proceso de diseño, son: el Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (RETIE) que entró a regir en Colombia a partir del 1 de mayo de 2005 y el Código Eléctrico Colombiano NTC 2050 que son apoyadas en gran parte bajo las normas International Electrotechnical Commission (ICE), National Electrical Manufacturer’s Association (NEMA), y

Underwriter Laboratories

(UL) que son las tres

organizaciones de normas para gabinetes eléctricos más reconocidas a nivel internacional. A continuación se presenta una breve reseña del contenido de estos documentos.

1.3.1.1. Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (RETIE) Un Reglamento Técnico es un documento que fija reglas y que es adoptado por una autoridad, por lo cual siempre tiene carácter obligatorio. Un reglamento técnico suministra requisitos técnicos, bien sea directamente o mediante referencia o incorporación del contenido de una norma, una 28

especificación técnica o un código de buena práctica.

(ICONTEC

Internacional, 2013)

Por su parte, la Organización Mundial de Comercio señala que un reglamento técnico es “un documento en el que se establecen las características de un producto o los procesos y métodos de producción con ellos relacionados, con inclusión de las disposiciones administrativas aplicables, y cuya observancia es obligatoria. También puede incluir prescripciones en materia de terminología, símbolos, embalaje, marcado o etiquetado aplicables a un producto, proceso o método de producción, o tratar exclusivamente de ellas” (Sistema de Informacion sobre Comercio Exterior OEA. SEDI:DDECT, 2013).

En Colombia, el 7 de abril de 2004 el Ministerio de Minas y Energía, mediante la resolución 18 0398 expidió el Reglamento Técnico para Instalaciones Eléctricas (RETIE). En él se hace un compilado de las normas globales más relevantes de seguridad e implementación para instalaciones eléctricas, “se establecen las condiciones técnicas que garantizan la seguridad de personas, vida animal y vegetal y la preservación del medio ambiente, con el fin de prevenir, minimizar o eliminar los riesgos de origen eléctrico. Estas prescripciones buscan que se cumplan los requisitos civiles, mecánicos y de fabricación de los equipos”. (Ministerio de minas y energia, 2012).

1.3.1.2. Norma 60529 de la International Electrotechnical Commission (ICE)

La ICE (Comisión Electrotécnica Internacional) cuya concepción se dio en 1904 en San Luis, Missouri está constituida por 42 países. Ésta es una 29

organización líder en el mundo que elabora y publica normas internacionales para todas las tecnologías eléctricas y además hace recomendaciones por medio de las cuales se publica información técnica.

(Escuela Para

Electricistas, 2012).

Esta norma posee una lista de códigos llamados números característicos cuyo propósito es blindar el acceso indeseado a las partes eléctricas del gabinete a personas no autorizadas, herramientas, humedad u algún tipo de suciedad.

1.3.1.3. Norma 250 de la National Electrical Manufacturer’s Association (NEMA) NEMA (Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos) fue fundada en 1926; sus actividades están asociadas principalmente a equipos usados en Norte América y su objetivo primordial es establecer normas dentro de la industria eléctrica de ese país, desarrollar estándares de diseño del producto y especificaciones de prueba para la calificación de aparatos.

NEMA 250 cubre gabinetes para equipo eléctrico y se ocupa de la protección contra el ingreso, pero se diferencia en que determina las especificaciones que detallan los criterios mínimos de la construcción, el rendimiento, las pruebas, la resistencia a la corrosión, etc. Esta es una organización que trabaja a nivel mundial para promover las normas eléctricas. (Hoffman Enclosures Inc, 2009).

1.3.1.4. Normas (UL) 50, 50E Underwriter Laboratories Underwriters Laboratories es una organización de certificación de seguridad de productos con una tradición y experiencia de más de un siglo. La UL ha 30

desarrollado más de 1000 normas indispensables para la calidad de productos y la seguridad pública.

UL evalúa anualmente más de 19,000 tipos de productos, componentes, materiales y sistemas, y más de 21 mil millones de marcas de UL aparecen anualmente en los productos de 72,000 fabricantes. Esta norma se basa en las normas NEMA 250 y para lograr la certificación de UL es necesario haber efectuado una serie de pruebas, análisis e inspecciones.

(Hoffman

Enclosures Inc, 2013).

1.3.1.5. Código Eléctrico Colombiano NTC 2050 En Colombia la norma básica para el diseño y la construcción de las instalaciones eléctricas es el Código Eléctrico Colombiano o Norma Icontec NTC 2050. Esta norma está basada en el National Electrical Code - NEC o Norma NFPA 70 de la National Fire Protection Association de los Estados Unidos de Norteamérica. La primera revisión de la Norma NTC 2050 se llevó a cabo durante los años 1997 y 1998, y fue publicada en el mes de julio de 1999. (ICONTEC Instituto Colombiano de Normas Técnicas y certificación., 2002).

El ICONTEC es una entidad de carácter privado, sin ánimo de lucro, cuya Misión es fundamental para brindar soporte y desarrollo al productor y protección al consumidor, Colabora con el sector gubernamental y apoya al sector privado del país, para lograr ventajas competitivas en los mercados interno y externo, La representación de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalización Técnica está garantizada por los Comités Técnicos y el período de Consulta Pública, este último caracterizado por la participación del público en general. (ICONTEC Instituto Colombiano de Normas Técnicas y certificación., 2002).

31

La norma NTC 2050 (Primera actualización) fue ratificada por el Consejo Directivo el 98-11-25. (ICONTEC Instituto Colombiano de Normas Técnicas y certificación., 2002).

Esta norma está sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda en todo momento a las necesidades y exigencias actuales.

(ICONTEC Instituto Colombiano de Normas Técnicas y certificación., 2002).

Según la resolución 180398 de 2004 del Ministerio de Minas y Energía de Colombia es de obligatorio el cumplimiento de los siete primeros capítulos ya en sean instalaciones eléctricas de usuarios residenciales, comerciales o industriales y no se aplica en instalaciones de compañías de generación, transmisión y distribución eléctrica pues éstas se rigen por otras normas.

El objetivo de este código es la salvaguardia de las personas y de los bienes contra los riesgos que pueden surgir por el uso de la electricidad.

1.3.2. Normatividad para diseño de puestos de trabajo.

1.3.2.1. Principios para el diseño ergonómico de sistemas de trabajo.

NTC 5655

Los factores tecnológicos, económicos, de organización y humanos, afectan la conducta en el trabajo y bienestar de las personas que forman parte de un sistema de trabajo. La aplicación de los conocimientos ergonómicos, considerando la experiencia práctica, al diseño de estos sistemas, ésta para satisfacer las necesidades del ser humano. (Icontec internacional, 2008).

Esta norma Técnica colombiana proporciona un marco ergonómico básico para los profesionales, así como para otras personas interesadas en ergonomía, los sistemas y las situaciones de trabajo. El contenido de esta 32

norma también resulta aplicable al diseño de productos, por ejemplo, productos destinados al consumo. (Icontec internacional, 2008).

El término “sistema de trabajo” se emplea, en esta norma técnica Colombiana, para indicar una gravedad de situaciones de trabjo. La intención es mejorar, modificar el diseño o modificar tales sistemas. Un sistema de trabajo incluye un conjunto de personas y medios de trabajo, situados en un espacio y entorno determinados, así como a las interacciones entre esos componentes dentro de una determinada organización del trabajo. Estos sistemas difieren en sus características y en su complejidad .Algunos ejemplos de sistemas de trabajo son: una máquina y una única persona; una planta de proceso; incluyendo el personas que la ópera y mantiene; un aeropuerto con sus usuarios y su personal; una oficina con sus empleados; los sistemas informáticos interactivos, etc. Asimismo, la atención a los principios ergonómicos es también aplicable a la instalación, ajuste, mantenimiento, limpieza, eliminación y transporte de los sistemas de trabajo.

(Icontec internacional, 2008).

33

2. PROCESO DE DISEÑO DEL DISPOSITIVO PARA DIAGNÓSTICO DE MULTÍMETROS DIGITALES FLUKE SERIE 80 Shingley Mischke, señala que el proceso de diseño es iterativo y presenta las fases señaladas en a la ilustración 2, las cuales rotulan los siguientes aspectos: Identificación de la necesidad, Definición del problema, Síntesis, Análisis y optimización, Evaluación, Presentación. (Budynas-Nisbett, 2012).

Ilustración 2. Fases de diseño. (Budynas-Nisbett, 2012)

De manera general el proceso de diseño requiere determinar funciones (que debe hacer el dispositivo), requisitos de diseño (declaraciones detalladas cuantitativas

de

valores

esperados

de

funcionamiento,

condiciones

ambientales, ergonómicas, limitaciones de peso, de espacio, materiales y componentes a utilizar…) y criterios de evaluación (declaraciones de características cualitativas deseables en un diseño que ayudan al diseñador a decidir una opción de diseño) .

34

La tabla 1 presenta los pasos de diseño del dispositivo en un diagrama de bloques.

Proponer posible soluciones

Identificación del problema

Evaluación de criterios de diseño

Modelado del dispositivo

Definir objetivos

Consulta teórica de ciencias, métodos y normas para establecer criterios de diseño.

Presentación y conclusiones.

Tabla 1 Fases de diseño del dispositivo de diagnóstico para multímetros digitales Fluke serie 80 v.

(Autores, 2013)

2.1. Reconocimiento de la necesidad En el año 2006 la empresa Makser Ltda., obtuvo el certificado de calidad ISO 9001. Uno de los principales protagonistas para esta certificación fue el departamento

técnico.

Sin

embargo,

se

evidenciaron

algunas

no

conformidades relacionadas con el funcionamiento de los Multímetros Fluke A partir de ese momento el señor Jaime Guerrero, gerente técnico de la empresa, mostró

interés por el desarrollo de propuestas orientadas a la

realización de diagnóstico previo del funcionamiento de los Multímetros Digitales Fluke Serie 80, para

mantener estos en optimo estado de

funcionamiento así como para garantizar la calidad del

servicio técnico 35

especializado que se presta a los clientes (empresas Trumpf, Durma, Felder, entre otras).

En este contexto, surge la idea de presentar la propuesta de diseño de un dispositivo que diagnostique el funcionamiento de los Multímetros Digitales Fluke serie 80. Si bien el alcance de la misma es preliminar, se espera llegar a su proceso de fabricación y de implementación como parte de una segunda etapa de investigación que desarrollarían los autores en un posgrado.

Ahora bien, el diseño del dispositivo de diagnóstico para el funcionamiento de los Multímetros Digitales Fluke está orientado a suplir la necesidad de la empresa Makser Ltda, no obstante es posible que a mediano o largo plazo, otras compañías deseen implementar el dispositivo por ser éste un instrumento de mejora continua y de autocontrol.

En ese orden de ideas, este proyecto presenta una propuesta para el diseño mecánico de un dispositivo de diagnóstico para funcionamiento de los Multímetros Digitales Fluke Serie 80.

2.1.1. Makser Ltda.

Esta compañía fue fundada en el año 1993 con el propósito de contribuir con el desarrollo industrial del país, apoyando y asesorando a las industrias en su desarrollo sostenible generando así mismo empleo, comercializando maquinaria que transforma el metal laminado, posteriormente incursiono en el sector de la madera con la línea de fabricación de muebles. (Makser Ltda., 2013).

En su inicio fue representante oficial de reconocidas marcas líderes mundiales como los son Trumpf, Grupo Homag, Brand, Weeke y Holzma, posteriormente con la evolución del mercado fue necesario incorporar herramientas de corte como brocas fresas entre otros de la firma alemana leuco, actualmente Makser Ltda cuenta con alrededor de 18 firmas de gran prestigio internacional y sus principales aliados comerciales se encuentran 36

ubicados en Alemania, España, Turquía, Brasil y Portugal. (Makser Ltda., 2013).

Makser Ltda, proporciona un completo portafolio de asesoría para sus clientes en la búsqueda de la maquinaria ideal con las capacidades y necesidades sea satisfactorias generándole una excelente producción y rentabilidad. La fortaleza de esta empresa se encuentra en la calidad de los productos proporcionados sus servicios posventa y la eficiencia de todo su personal a disposición nacional e internacional. (Makser Ltda., 2013).

Esta empresa se dedica a desarrollar una filosofía empresarial que se basa en la unión del producto servicio tecnología y calidad por lo que se han seleccionado a las mejores casas matrices del mundo según la línea asegurando fuertes lazos comerciales y técnicos que dan respaldo y credibilidad a los clientes con un excelente soporte de servicio y mantenimiento permanente para las empresas siendo hoy en día una de las primeras opciones para proveer productos y servicios a la industria manufacturera Colombiana, Makser ltda es especialista en maquinaria CNC, CAD y CAM para procesamientos de el metal laminado ( cold roll, hot roll, acero inoxidable y no ferroso), tuberías, perfiles, aluminio PVC, en cuento a madera se encuentra el proceso de aglomerado y madera maciza. (Makser Ltda., 2013).

2.1.2. Multímetros Digitales Fluke Serie 80 Esta serie de multímetros fluke se ha labrado una excelente reputación como un multímetro digital en el que confían los ingenieros ya que por sus generosas capacidades de diagnóstico y rapidez se pueden solucionar problemas de inmediato dando gran satisfacción a los sectores de producción. (Fluke, 2013).

Estos equipos cuentan con alarmas sonoras cuando se realizan mediciones incorrectas lo que lo hace muy confiable a la hora de trabajar, estos equipos 37

han sido sometidos a pruebas independientes para su uso en entornos CAT IV 600V/CAT III 1.000V y pueden soportar impulsos de más de 8000 V lo que reduce un gran porcentaje el riego de sobretensiones y picos. (Fluke, 2013).

La empresa Fluke produce ideas desde el mismo lugar de trabajo donde se presentan los problemas ya que trabajan con usuarios del común para crear herramientas que satisfagan la necesidad siempre que lo necesiten, otro factor fundamental de estos multímetros es que proporcionan valores completos y se diseñan y fabrican en EE.UU. (Fluke, 2013).

A continuación se exponen las especificaciones del multímetro digital Fluke serie 80.

Especificaciones Tensión CC

Tensión máxima: 1000 V Precisión: Fluke 83 V: ±(0,1%+1) Fluke 87 V: ±(0,05%+1) Resolución Fluke 83 V: 100 µV máxima: Fluke 87 V: 10 µV

Tensión CA

Tensión máxima: Precisión:

1000 V Fluke 83 V: ±(0,5%+2) Fluke 87 V: ±(0,7%+2) Verdadero valor eficaz

Ancho de banda Fluke 83 V: 5 kHz CA Fluke 87 V: 20 kHz* *con filtro paso bajo; 3 db a 1 kHz Resolución 0,1 mV máxima: Corriente CC

10 A (20 segundos)

Corriente máxima: Precisión corriente:

en

A,

máximo

30

Fluke 83 V: ±(0,4%+2)

Fluke 87 V: ±(0,2%+2) Resolución máxima: Fluke 83 V: 0,01 mA Fluke 87 V: 0,01 µA Corriente CA

Corriente máxima: 10 A (20 A, máximo 30 segundos) Precisión en Fluke 83 V: ±(1,2%+2) corriente: Fluke 87 V: ±(1,0%+2) Verdadero valor eficaz Resolución máxima: 0,1 µA

38

Resistencia

Resistencia máxima: Precisión:

50 MΩ Fluk ±(0,4%+1) Fluke ±(0,2%+1)

Resolución máxima: Capacitancia

9.999 µF ±(1%+2) 0,01

Frecuencia máxima Precisión

± (0,005% + 1)

Ciclo de máximo Precisión

0,01 Hz trabajo

Resolución máxima Medida de temperatura

la Fluke 87 V/E:

F

200 kHz

Resoluc ón máxima Ciclo de trabajo

87 V:

0,1Ω

Capacidad máxima Precisión Resolución máxima

Frecuencia

83 V:

99.90% ±(0,2% +0,1%) 0.10%

por

kHz

83 V, -200°C 1090°C -328°F - 1994°F excluida la sonda

Sonda de temperatura -40°C - 260°C 80BK -40°F - 500°F, 2,2°C o el 2%, lo que sea mayor Conductancia

Conductancia máxima Precisión

60,00 nS ± (1% + 10)

Resolución máxima Diodo

Rango de trabajo

0,01 nS

Rango 3V Resolución: 1 mV Precisión: ± (2 % + 1) ciclo

de

Precisión:

dentro de ± (0,2% por kHz + 0,1%)

Tabla 2. Especificaciones generales del multímetro Fluke serie 80 (Fluke, 2013)

Especificaciones ambientales Temperatura de trabajo Temperatura almacenamiento

De -20°C +55°C

a

de De -40°C +60°C

a

39

(sin 0% - 90% (0°C – 35°C) 0% - 70% (35°C – 55°C)

Humedad condensación)

Altitud de trabajo

2000 m Tabla 3. Especificaciones ambientales del multímetro Fleke serie 80 (Fluke, 2013)

Especificaciones de seguridad Categoría sobretensión

de EN 61010-1 a 1000 V CAT III, 600 V CAT IV

Cumple con

Homologados por UL, CSA, TÜV y VDE Tabla 4. Especificaciones se seguridad del multímetro Fluke serie 80 (Fluke, 2013)

Especificaciones mecánicas y generales Tamaño

201 x 98 x 52 mm (con funda)

Peso

355 g

Peso con funda y Flex- 624 g Stand Pantalla

Digital:

Garantía

Para toda la vida

6000 cuentas; se actualiza 4 veces por segundo (El modelo Fluke 87 tiene 19.999 cuentas en modo de alta resolución).

Analógico: 32 segmentos; se actualiza 40 veces por segundo Frecuencia: 19.999 cuentas; se actualiza 3 veces por segundo a >10 Hz.

Duración de la batería

Alcalina:

Típicamente ~400 retroiluminación

horas

sin

usar

Impactos

Caída desde un metro, conforme a IEC 610101:2001

Vibraciones

Conforme a MIL-PRF-28800, instrumento de Clase 2

la

Tabla 5. Especificaciones mecánicas del multímetro Fluke serie 80 (Fluke, 2013)

2.2. Definición del problema Makser Ltda cuenta con un Servicio Técnico conformado por técnicos especializados en sistemas hidráulicos, mecánicos, electrónicos y eléctricos, además, está provista de modernos equipos para atender los servicios de 40

mantenimiento preventivo o correctivo de las máquinas que instala en Colombia.

Makser Ltda., está certificada por la Norma de Calidad ISO 9001, en razón a ello debe garantizar que sus técnicos e ingenieros cuenten con las herramientas que garanticen los rangos de mediciones con un mínimo margen de error, en cumplimiento de los requisitos de calidad.

Los Multímetros Fluke Serie 80 son homologados y autorizados por las empresas que representa Makser Ltda. con éstos instrumentos, se detectan problemas que presentan las máquinas instaladas a los clientes en diferentes zonas del país, tales como fallos en el suministro y adecuación de la infraestructura eléctrica para las máquinas (acometida eléctrica), daños en componentes específicos, eventos eléctricos (falsos contactos, perdida de potencia, perdida de señales) , entre otros.

El servicio técnico que ofrece la empresa consiste en diagnosticar qué tipo de problemática presenta la maquinaria que se revisa, lo cual se realiza en la mayoría de los casos con el Multímetro Fluke Serie 80. No obstante, debido a que el multímetro es la herramienta más usada por parte de los técnicos e ingenieros suele presentar alteraciones en las mediciones ocasionadas por mal manejo por parte de los técnicos, por ejemplo, olvidos en la manipulación del botón selector cuando se va a medir corriente alterna o continua, cuando es sometido a medidas fuera del rango permitido, golpes e impactos, también cabe aclarar que así como cada dispositivo tiene una vida útil, este pude presentar anomalías en el rango de funcionamiento óptimo lo cual genera un deterioro de componentes internos.

Se ha podido establecer que Makser Ltda., no cuenta con un instrumento de verificación de las funciones de los Multímetros Fluke Serie 80, donde se determinen las posibles variaciones de sus funciones y que permita establecer resultados que orienten al área de servicio técnico en la toma de 41

decisiones en cuanto a la calibración de los multímetros antes de la fecha presupuestada.

Los motivos ya expuestos propiciaron plantear la siguiente pregunta

de

investigación: ¿Cuáles son los aspectos más relevantes que se deben tener en cuenta al momento de realizar el diseño mecánico de un dispositivo para el diagnóstico de los Multímetros Digitales Fluke Serie 80?

2.3. Consideraciones preliminares para el diseño del dispositivo.

En su conjunto, el diseño del dispositivo de diagnóstico para multímetros digitales fluke serie 80, consta de un sistema eléctrico y un sistema mecánico. A continuación se describirá el sistema eléctrico y posteriormente se procederá a determinar todos los requerimientos de diseño para el sistema mecánico.

2.3.1. Sistema eléctrico

El diseño eléctrico busca generar los datos que se necesitan dentro de una serie de intervalos que están establecidos por los rangos de medida máxima y mínima, que agrupa el multímetro de referencia Fluke 80 v. Para cumplir éste objetivo se deben tener en cuenta muchos factores de carácter técnicos en función de seguridad, precisión, manejo, instalación de cada uno de los componentes que incorporen el tablero eléctrico.

Básicamente el diseño eléctrico cuenta con una serie de transformadores, puentes rectificadores, resistencias, condensadores, reóstatos, diodos, etc., 42

que darán los diferentes puntos de medición a las escalas establecidas en la siguiente tabla:

Voltaje alterno AC

Voltaje continuo DC Resistencia eléctrica Ω Capacitancia eléctrica F Corriente alterna A Corriente directa A

Mínimo

Medio

Máximo

1

440

600

Voltios

1

440

600

Voltios

1

10k

22M

Ohmios

0.22p

900µ

4700Mf

Faradios

0.5

5,5

Amperios

0,7

7,7

Amperios

Tabla 6. Valores a generar mediante el dispositivo de diagnóstico para multímetros digitales Fluke serie 80 (Autores, 2013).

2.3.1.1. Medición voltajes AC/DC Para obtener los diferentes puntos de medición en voltaje alterno y voltaje directo (AC / DC), el diseñó cuenta con un sistema de cuatro transformadores monofásicos que proporcionarán los rangos de medida establecidos en la tabla 6. El primero de ellos (T1), se alimenta de la entrada principal a 110 V del dispositivo y eleva este voltaje a 220 V; la salida de éste, va conectada a T2 que eleva a 600 V y luego T3 que baja el voltaje a 440 V, T4 es 43

alimentado por la entrada principal de tensión 110 V y reduce el voltaje a 1 V, así concluimos los rangos de medición de voltaje AC, luego cada una de estas salidas la corriente es rectificada con un puente de diodos de acuerdo con los voltajes y un condensador cuya capacitancia no es importante ya que no tendrá ningún tipo de carga; su voltaje de trabajo si será estipulado un 10 % por encima al voltaje a rectificar.

Cada una de estas salidas estará conectada a una bornera, riel omega, para cable de calibre 12, de allí salen a los puntos de medida, los cuales son conectores de tipo hembra que irán asegurados por rosca a la tapa superior de la estructura y son de conducción interna para aislar por completo la estructura.

Ilustración 3. Plano eléctrico generador de voltajes alternos. (Autores, 2013).

44

Ilustración 4. Plano eléctrico generador de voltajes directos (Autores, 2013).

2.3.1.2. Medición corrientes AC/DC. Para obtener los valores deseados, el diseño dispone de los siguientes componentes: un reóstato a 200 ohm 100 W conectado en serie con una resistencia de alta potencia 500 W a 20 ohm, para el circuito AC y 1193 W a 20 ohm para el circuito DC. El amperímetro análogo, la alimentación del circuito será a 110V AC y 155 V DC, lo que significa que respectivamente cada sistema tiene su reóstato, su resistencia y su amperímetro DC o AC, el rectificado para la tensión DC es simple, con un diodo y un condensador de alta capacitancia, al variar la resistencia del reóstato, el amperímetro arrojará diferentes corrientes con un valor mínimo 0,5 A para AC y 0,7 A para DC, y un valor máximo de 5,5 A para AC y 7,7 A para DC.

45

Los valores de corriente se podrĂĄn variar, mediante el reĂłstato, basĂĄndose en la ley de ohm donde (V= IR). Para ambos casos, se establece un valor mĂĄximo y un valor mĂ­nimo como se mencionĂł anteriormente en las tablas de especificaciĂłn de del multĂ­metro Fluke el valor mĂĄximo de corriente 10 A.

CĂĄlculos para determinar la capacidad de los componentes

Partiendo de la ley de ohm donde: đ?&#x2018;&#x2030; =Iâ&#x2C6;&#x2014;R Para el valor mĂĄximo AC (5,5 A) se tendrĂ­a entonces: 110 đ?&#x2018;&#x2030; = 5,5 A * R đ?&#x2018;&#x2026;=

110 V 5,5 A

đ?&#x2018;&#x2026; = 20 â&#x201E;Ś

Se tomĂł como voltaje un valor promedio de la tensiĂłn encontrada en la red nacional Colombiana (110 V) a la cual va anclada este circuito, concluyendo con una resistencia de 20 â&#x201E;Ś para generar el valor de lectura deseado (5.5 A).

Para el valor mĂ­nimo AC (0,5 A) se tendrĂ­a entonces: 110 đ?&#x2018;&#x2030; = 0,5 A * R đ?&#x2018;&#x2026;=

110 V 0,5 A

đ?&#x2018;&#x2026; = 220 â&#x201E;Ś 46

V = red nacional Colombiana (110 V), concluyendo con una resistencia de 220â&#x201E;Ś para generar el valor de lectura deseado (0,5 A).

Para el valor mĂĄximo DC (7,7 A) se tendrĂ­a entonces: 154 đ?&#x2018;&#x2030; = 7,7 A * R đ?&#x2018;&#x2026;=

154 V 7,7 A

đ?&#x2018;&#x2026; = 20 â&#x201E;Ś Se tomĂł como voltaje la tensiĂłn rectificada encontrada en la red nacional Colombiana (110 V) a la cual va anclada este circuito, al rectificar esta tensiĂłn se incrementa se medida en aproximadamente 40 % ya que no es un valor RMS ( valor eficaz) concluyendo con una resistencia de 20 â&#x201E;Ś para generar el valor de lectura deseado (7.7 A).

Para el valor mĂ­nimo DC (0,7 A) se tendrĂ­a entonces: 154đ?&#x2018;&#x2030; = 0,7 A * R đ?&#x2018;&#x2026;=

154 V 0,7 A

đ?&#x2018;&#x2026; = 220 â&#x201E;Ś Se tomĂł como voltaje la tensiĂłn rectificada encontrada en la red nacional Colombiana (110 V) a la cual va anclada este circuito, al rectificar esta tensiĂłn se incrementa se medida en aproximadamente 40% ya que no es un

47

valor RMS ( valor eficaz) concluyendo con una resistencia de 220 Ω para generar el valor de lectura deseado (0.7 A).

Ilustración 5. Plano eléctrico generador de corriente (Autores, 2013).

En la ilustración 5 se observa el plano eléctrico para generar las diferentes corrientes.

A partir de los cálculos elaborados en el punto anterior se define como resistencia máxima 220 Ω para ambos circuitos (AC /DC), y como resistencia mínima 20 Ω. Como ese es el total que debe haber en cada circuito (220 Ω) , se toma un reóstato de 200 Ω y que sumado en serie a una resistencia de tan solo 20, se obtendrá el total, para así luego, variar el valor del reóstato hasta cero para llegar al mínimo ósea 20 Ω. Concluyendo que nuestras pruebas arrojaran valores de corriente entre 0,5 A y 5,5 A en corriente alterna, 0,7A y 7,7 A en corriente directa.

48

Lo siguiente ahora es determinar la potencia que necesitan las resistencias Partimos de la fĂłrmula de potencia elĂŠctrica donde = đ?&#x2018;&#x192; =Vâ&#x2C6;&#x2014;I Para la resistencia AC tenemos entonces: đ?&#x2018;&#x192; = 110V â&#x2C6;&#x2014; 5,5A đ?&#x2018;&#x192; = 605 W Para la resistencia DC tenemos entonces: đ?&#x2018;&#x192; = 155V â&#x2C6;&#x2014; 7,7A đ?&#x2018;&#x192; = 1193,5 W Cabe anotar que estas resistencias calculadas no son de uso comercial. Por tanto son resistencias especiales que deben ser fabricadas para este uso exclusivo.

2.3.1.3. MediciĂłn de capacitancia y resistencia.

Para seleccionar los rangos de medidas de resistencia, se toma un valor mĂĄximo, medio y bajo para cada uno y se conecta directamente al punto de mediciĂłn.

No se necesita ningĂşn tipo de alimentaciĂłn, basta con determinar los valores de acuerdo con la tabla que maneja el multĂ­metro Fluke serie 80, seleccionar magnitudes idĂłneas y fĂĄciles de encontrar en el mercado como lo son 1 ohmios para la medida mĂ­nima, 100K ohmios como medida media y una de 22M ohmios como mĂĄxima medida.

49

Para los valores de capacitancia se determinó los siguientes valores; 0.22p faradios como medida mínima, 900 µ faradios como medida media y 4700M faradios como máxima medida.

2.3.2. Sistema mecánico El diseño mecánico del dispositivo de diagnóstico de funcionamiento para multímetros digitales Fluke serie 80 de la empresa Makser ltda debe considerar que éste tiene como propósito alojar componentes eléctricos, aspecto que implica realizar un primer estudio de la normatividad pertinente, de la misma manera, las condiciones de operación del dispositivo requieren que se revisen aspectos de ergonomía y seguridad para la persona que realice la operación.

El diseño se fundamenta en el Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (RETIE) de obligatorio cumplimiento y ampliado

por la Norma

Técnica Colombiana, NTC 2050, específicamente se trata de un armario o tablero eléctrico de baja tensión como lo que establece en mismo reglamento en su Artículo 12 sobre la clasificación de niveles de tensión.

En cuenta a la ergonomía, es deseable que el diseño mecánico del dispositivo permita que al ser utilizado, ofrezca condiciones de confort para el operario posibilitando una visión general del área de trabajo y una disposición de los elementos de tal manera que el puesto de trabajo sea un lugar cómodo reduciendo riesgos derivados de la actividad ocupacional.

En el siguiente capítulo se determinarán, las consideraciones de diseño para el dispositivo de diagnóstico de multímetros Fluke serie 80, estas se fijarán teniendo en cuenta

la exigencia de construcción de productos del

Reglamento Técnico parra Instalaciones Eléctricas RETIE y

la Norma

Técnica Colombiana NTC 2050.

50

3. CRITERIOS DE DISEÑO PARA EL DISPOSITIVO DE DIAGNÓSTICO DE MULTÍMETROS FLUKE SERIE 80

3.1. Criterios según Reglamentó técnico para instalaciones eléctricas (RETIE).

Basados en Reglamento técnico parra instalaciones eléctricas (RETIE), se establecieron los principales criterios del diseño mecánico de un dispositivo de diagnóstico para multímetros digitales. Este reglamento describe con claridad los requerimientos mínimos a considerar para diseño, construcción y prueba de un nuevo producto, que garantizan la seguridad de las personas y del entorno en el cual se utilizará.

El reglamento RETIE establece que:… “Si en la instalación existen circuitos o elementos en los que se utilicen distintas tensiones, el conjunto del sistema se clasificará para efectos prácticos, en el grupo correspondiente al valor de la tensión nominal más elevada” (Ministerio de minas y energia, 2012), como se señala a continuación.

a. Extra alta tensión (EAT): corresponde a tensiones superiores a 230 kV. b. Alta tensión (AT): tensiones mayores o iguales a 57,5 kV y menores o iguales a 230 kV. c. Media tensión (MT): los de tensión nominal superior a 1000 V e inferior a 57,5 kV. d. Baja tensión (BT): los de tensión nominal mayor o igual a 25 V y menor o igual a 1000 V.

51

e. Muy baja tensión (MBT): tensiones menores de 25 V (Ministerio de minas y energia, 2012) En conclusión, el proyecto se ubica en el numeral d, baja tensión (BT).

Teniendo en cuenta las anteriores consideraciones,

se establecen los

siguientes criterios de diseño que se deben aplicar para el desarrollo final de dicho dispositivo.

A. Los tableros deben fabricarse de tal manera que las partes energizadas peligrosas no deben ser accesibles y las partes energizadas accesibles no deben ser peligrosas, tanto en operación normal como en caso de falla.

(RETIE, Capitulo 3 Requisitos de productos, Articulo 20; Requerimientos para los productos; 20.23 Celdas y tableros eléctricos; Tableros de baja tensión; Condiciones de la envolvente; Numeral A.)

B. Tanto la envolvente como la tapa de un tablero, debe ser construido en lámina de acero, cuyo espesor y acabado debe resistir los esfuerzos mecánicos y térmicos, para los que fue diseñado.

(RETIE, Capitulo 3 Requisitos de productos, Articulo 20; Requerimientos para los productos; 20.23 Celdas y tableros eléctricos; Tableros de baja tensión; Condiciones de la envolvente; Numeral B.)

C. El tablero de distribución, accesible sólo desde el frente; cuando sea metálico debe fabricarse en lámina de acero de espesor mínimo 0,9 mm para tableros hasta de 12 circuitos y en lámina de acero de espesor mínimo 1,2 mm para tableros desde 13 hasta 42 circuitos.

(RETIE, Capitulo 3 Requisitos de productos, Articulo 20; Requerimientos para los productos; 20.23 Celdas y tableros eléctricos; Tableros de baja tensión; Condiciones de la envolvente; Numeral C.)

D. Los encerramientos deben tener un grado de protección contra sólidos no mayores de 12,5 mm, líquidos de acuerdo al lugar de operación y contacto directo, mínimo IP 2XC o su equivalente NEMA. (RETIE, Capitulo 3 Requisitos de productos, Articulo 20; Requerimientos para los productos; 20.23 Celdas y tableros eléctricos; Tableros de baja tensión; Condiciones de la envolvente; Numeral D.)

52

E. Los tableros deben ser resistentes a impactos mecánicos externos mínimo grado IK 05.

(RETIE, Capitulo 3 Requisitos de productos, Articulo 20; Requerimientos

para los productos; 20.23 Celdas y tableros eléctrico;, Tableros de baja tensión; Condiciones de la envolvente; Numeral F.)

F. Las partes conductoras deben ser rígidas y construidas en plata, aleación de plata, cobre, aleación de cobre, aluminio, u otro metal que se haya comprobado útil para esta aplicación. No se debe utilizar el hierro o el acero en una parte que debe conducir corriente en régimen normal.

(RETIE, Capitulo 3 Requisitos de productos, Articulo 20; Requerimientos para los productos;

20.23 Celdas y tableros eléctricos; Tableros de baja tensión; Partes conductoras de corriente; Numeral A.)

G. Todas las partes externas del panel deben ser puestas sólidamente a tierra mediante conductores de protección y sus terminales se deben identificar con el símbolo de puesta a tierra.

(RETIE, Capitulo 3 Requisitos de

productos, Articulo 20; Requerimientos para los productos; 20.23 Celdas y tableros eléctricos; Tableros de baja tensión; Partes conductoras de corriente; Numeral E.)

H. Todos los elementos internos que soportan equipos eléctricos deben estar en condiciones de resistir los esfuerzos electrodinámicos producidos por las corrientes de falla del sistema. Las dimensiones, encerramientos y barreras deben permitir espacio suficiente para alojamiento de los terminales y curvaturas de los cables.

(RETIE, Capitulo 3

Requisitos de productos, Articulo 20; Requerimientos para los productos; 20.23 Celdas y tableros eléctricos; Tableros de baja tensión; Partes conductoras de corriente; Numeral F.)

I. Las partes fabricadas con materiales aislantes deben ser resistentes al calor, al fuego y a la aparición de caminos de fuga. La puerta o barrera que cubre los interruptores automáticos debe permitir su desmonte) solamente mediante el uso de una herramienta, puesto que su retiro deja componentes energizados al alcance (contacto directo).

(RETIE,

Capitulo 3 Requisitos de productos, Articulo 20; Requerimientos para los productos; 20.23 Celdas y tableros eléctricos; Tableros de baja tensión; Partes conductoras de corriente; Numeral G.)

53

J. El tablero puede tener instrumentos de medida de corriente para cada una de las fases, de tensión entre fases o entre fase y neutro (con o sin selector), así como lámparas de indicación de funcionamiento del sistema (normal o emergencia).

(RETIE, Capitulo 3 Requisitos de productos, Articulo 20;

Requerimientos para los productos; 20.23 Celdas y tableros eléctricos; Tableros de baja tensión; Terminales de alambrado; Numeral A.)

K. Cada conductor que se instale en el tablero, debe tener un terminal que puede ser a presión o de sujeción mediante tornillo.

(RETIE, Capitulo 3

Requisitos de productos, Articulo 20; Requerimientos para los productos; 20.23 Celdas y tableros eléctricos; Tableros de baja tensión; Terminales de alambrado; Numeral B.)

L. El tablero debe tener un barraje para conexión a tierra del alimentador, con suficientes terminales de salida para los circuitos derivados.

(RETIE,

Capitulo 3 Requisitos de productos, Articulo 20; Requerimientos para los productos; 20.23 Celdas y tableros eléctricos; Tableros de baja tensión; Terminales de alambrado; Numeral F.)

M. Un tablero debe tener adherida de manera clara, permanente y visible, mínimo la siguiente información:

Tensión(es) nominal(es) de operación.

Corriente nominal de alimentación.

Número de fases.

Número de hilos (incluyendo tierras y neutros).

Razón social

o marca registrada del fabricante, comercializador o

importador.

El símbolo de riesgo eléctrico.

Cuadro para identificar los circuitos (RETIE, Capitulo 3 Requisitos de productos, Articulo 20; Requerimientos para los productos; 20.23 Celdas y tableros eléctricos; Tableros de baja tensión; Rotulado e instructivos)

.

N. Los armarios y las cajas de corte hechos de metal, deben protegerse por dentro y por fuera contra la corrosión. ( Norma Técnica Colombiana 2050; Capitulo 54

3 Métodos y materiales de las instalaciones; Sección 373 Armarios, cajas de corte y tableros de medidores Enchufables; B Especificaciones de construcción; Materiales)

O. El espacio dentro de los ármanos y cajas de corte debe ser suficiente para que permita instalar holgadamente los cables que haya en su interior y para que quede una separación entre las partes metálicas de los dispositivos y artefactos montados dentro de ellos. ( Norma

Técnica

Colombiana 2050; Capitulo 3 Métodos y materiales de las instalaciones; Sección 373 Armarios, cajas de corte y tableros de medidores Enchufables; B Especificaciones de construcción; Espacio; Generalidades)

P. Entre las paredes, parte posterior, entrada de canaletas o la puerta metálica de cualquier armario o caja de corte y la parte expuesta energizada más próxima de los dispositivos o artefactos montados dentro del armario, si su tensión no supera los 250 V. debe haber una distancia libre de 13 mm como mínimo. Para tensiones nominales de 251 a 600, esta distancia debe ser como mínimo de 25 mm. ( Norma Técnica Colombiana 2050; Capitulo 3 Métodos y materiales de las instalaciones; Sección 373 Armarios, cajas de corte y tableros de medidores Enchufables; B Especificaciones de construcción; Espacio; Partes energizadas.)

Q. Entre cualquier parte metálica energizada, incluidas las de los fusibles instalados en el interior de las cajas, y la puerta de éstas, debe quedar un espacio libre de 25 mm como mínimo. Excepción. Cuando la puerta esté forrada de un material aislante aprobado o el espesor de la lámina metálica no sea inferior a 2,4 mm sin recubrir, el espacio libre no debe ser inferior a 12,7mm. (Norma Técnica Colombiana 2050; Capitulo 3 Métodos y materiales de las instalaciones; Sección 373 Armarios, cajas de corte y tableros de medidores Enchufables; B Especificaciones de construcción; Espacio; Puertas.)

55

3.2. Criterios generales: 

El dispositivo debe contar con una estructura que satisfaga las necesidades eléctricas, ergonómicas y mecánicas.



En el diseño de este dispositivo se debe tener en cuenta cómo será transportado, realizando un análisis de como sujetar el cuerpo del dispositivo para moverlo donde sea necesario.



EL dispositivo deberá ser diseñado con un sistema de ventilación que regule la temperatura interna de los componentes electrónicos previniendo fallas u accidentes en la constante operación del dispositivo a diseñar.



El diseño del dispositivo deberá contar con un cuadro descriptivo de los pesos aproximados y materiales necesarios para su construcción.



El diseño a realizar debe cumplir con normas de un puesto de trabajo el cual no debe ser agotador al manipular el dispositivo.



El diseño debe contar con ergonomía en cuanto a visualización de los elementos y controles que se van a manipular.



En cuanto a ergonomía del operario el diseño debe contar con un lugar adecuado una altura ideal y una posición que no afecte la salud y comodidad del operario reduciendo riesgos laborales al manipular este dispositivo.



EL dispositivo debe ser diseñado asegurando gran resistencia al desgaste y durabilidad.

56



Se debe realizar una selección adecuada de materiales que cumplan las normas requeridas para la construcción de tableros eléctricos que sean resistentes y den una buena presentación estética del dispositivo.



El ensamble del dispositivo debe ser diseñado de manera sencilla pero que cumpla todas las normas establecidas además que tenga los espacios necesarios para su mantenimiento y fácil cambio de repuestos o consumibles.

57

4. MODELADO MECÁNICO DEL DISPOSITIVO DE DIAGNÓSTICO PARA MULTÍMETROS DIGITALES FLUKE SERIE 80

Es importante cuando se diseña tener una perspectiva muy detallada, del objeto a diseñar, pues esto puede ir ayudando a mejorar algunos aspectos que se van plasmando y que a medida de su avance van necesitando modificaciones haciendo iterativo el proceso de diseño como lo plantean la mayoría de los autores nombrados en el capítulo dos del presente documento.

A continuación se explicara el proceso de diseño apoyado en el software de modelado mecánico Solid Works llevando un orden consecutivo de su construcción:

4.1 Estructura inferior Es el primer paso a modelar, pues la estructura debe ser resistente y segura para soportar todos los elementos que irán anclados a ella, teniendo en cuenta un margen de error como lo puede ser una fuerza adicional por el operario del dispositivo al apoyarse en ella.

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Ilustración 6. Angulo estructural (Autores, 2013).

En la ilustración 6, se observa el ángulo que se utilizó para la estructura inferior, está acotado en milímetros y se encuentra muy fácil en el comercio nacional colombiano, como ángulo estructural de 1 ½ in * 1/8 in.

Ilustración 7. Isométrico estructura inferior (Autores, 2013).

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Ilustración 8 Detalle unión estructura (Autores, 2013).

En la ilustración 7 y 8, se observa la estructura completa del dispositivo haciendo una ampliación en las uniones, las cuales van con corte a 45° en la vista superior (secciones horizontales), y 90 ° vista frontal (secciones verticales), estas uniones serán soldadas y pulidas.

Para el diseño del dispositivo se prevé aplicar soldadura en la estructura inferior y superior, en cuanto a este tema, en el mercado se encuentran distintos tipos de soldadura como lo es:

- Soldadura blanda - Soldadura fuerte - Soldadura por forja 60

- Soldadura con gas - Soldadura con resistencia - Soldadura por inducción - Soldadura aluminotermia - Soldadura por vaciado - Soldadura por arco eléctrico Para el desarrollo de este diseño se empleara el sistema MIG el cual se explica sus propiedades, funcionamiento y ventajas que lo hacen indispensable para la industria hoy en día.

El sistema MIG (Metal Inert Gas) es un proceso de soldadura al arco, donde la fusión se produce por el calentamiento con un arco entre un electrodo de metal de aporte continuo y la pieza, en donde la protección del arco se obtiene de un gas suministrado en forma externa, el cual protege el metal liquido de la contaminación atmosférica y ayuda a estabilizar el arco.

En la siguiente ilustración se indica sistemáticamente una soldadura por sistema MIG.

Ilustración 9 Detalle soldadura MIG.

61

El sistema MIG posee importantes cualidades a la hora de soldar cualquier acero en las que se destacan:             

Alto rendimiento Posibilidad de automatizar Costos de producción bajos El arco siempre esta a la vista para el soldador.

La pistola y la soldadura son ligeras lo que hace fácil su manipulación a la hora de trabajar.

Es uno de los más versátiles entre todos los sistemas de soldaduras.

Rapidez de deposición Acabados o terminaciones superficiales con una buena presentación sin necesidad de limpieza dando efectividad y eficiencia en la industria Amplia variedad de aceros para soldar con un excelente acabado industrial.

Proporcionan escoria de características adecuadas para proteger al metal fundido.

Estabilizan el arco evitando así salpicaduras en el material.

Proveen una atmosfera protectora.

Eliminan impurezas y óxidos

(Slideshare, 2012)

De acuerdo a los esquemas básicos en la forma de la soldadura para los ángulos empleados que conforman la estructura del dispositivo se utilizara así: Tipo de unión a esquina con un biselado en X a escuadra lo que contribuye con el desarrollo de la soldadura idónea para el ángulo utilizado en este diseño mecánico.

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Ilustración 11 Detalle unión (Slideshare, 2012)

Ilustración 10 Tipo de bisel para la soldadura en la estructura del dispositivo. (Slideshare, 2012)

Ilustración 12. Estructura inferior acotada (Autrores; 2013).

Las medidas de la estructuras (ver ilustración 12, cotas en milimetros) son muy importantes para que sus componentes entren sin ningún problema, y la altura de trabajo concuerde con los criterios mínimos de ergonomía, por eso se tuvo en cuenta muchas medidas bajo norma, para que las distancias entre componentes energizados sean seguras.

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Ilustración 13. Detalle anclaje de la estructura (Autores, 2013).

Es importante que el dispositivo sea muy estable, por eso se diseñó con un sistema de anclaje por medio de perno, el cual va asegurando en los soportes soldados a la estructura los cuales se ven con detalle en la ilustración 13.

Ilustración 14. Detalle argollas para izar (Autores, 2013).

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En la ilustración 14 se observan las argollas que van soldadas a la estructura para izar el dispositivo por completo, ubicadas en todo el centro del mismo, que será el centro de masa permitiendo fácil manipulación sin generar ninguna clase de riesgo.

Ilustración 15. Detalle omega estructural (Autores, 2013).

En la ilustración 15 y 16, se observa dos omegas plegadas en chapa de 2 mm, que serán el apoyo del piso, estas generan gran consistencia a la chapa que ira soldada sobre ellas. Este mismo sistema se aplicó para el piso del gabinete (comprende la parte superior de la estructura) y el piso del área de almacenamiento (lugar para guardar instrumentación y herramientas auxiliares para la toma de medidas).

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Ilustración 16. Detalle omega pisos (Autores, 2013).

4.2. Estructura superior: Para facilitar el ensamble construcción y diseño del dispositivo, se ha separados en dos piezas fundamentales, la parte superior que es básicamente el tablero de control, y la parte inferior que es el gabinete eléctrico. En esta sección se explica el modelado de la estructura superior.

Ilustración 17. Angulo estructural superior (Autores, 2013).

El ángulo a utilizar para la estructura superior es un poco más pequeño pero igual en espesor, esto se debe que la resistencia que debe soportar en la parte superior es mucho menor que la que soporta la parte inferior.

66

Ilustraci贸n 18. Estructura superior sombreada (Autores, 2013).

En la ilustraci贸n 17 se observa los 谩ngulos que se utilizaron para la estructura superior, estos se encuentran con facilidad en el comercio, y van debidamente soldados al igual que la estructura inferior, garantizando un empate uniforme a la hora del ensamble de las dos estructuras, como se observa en la ilustraci贸n 18 y 19.

67

Ilustración 19. Detalle acople de las dos estructuras (Autores, 2013).

4.3. Tablero eléctrico: Como se nombró anteriormente, el diseño mecánico del dispositivo se rige mucho por los criterios de seguridad que establecen las normas, por eso el tablero eléctrico es unos de los aspectos que más influencia tiene sobre las dimensiones y materiales a emplear.

Para el modelado del piso y del soporte (ver ilustración 20) en el cual serán anclados los componentes eléctricos, se consideró que el materia debe ser de 3mm de espesor, lo cual es suficiente para el peso de estos (los pesos serán detallados en la evaluación de criterios generales, Capitulo 5); para aprovechar el espacio al máximo, se determinó que el soporte fuese dispuesto en la parte posterior del tablero eléctrico, como se puede apreciar en la ilustración 21. Por su forma de omega proporciona en la parte de atrás un espacio cómodo para fijar las tuercas y/o tornillos que sujetan los demás componentes.

68

Ilustración 20. Soporte posterior (Autores, 2013).

Ilustración 21. Soporte posterior (Autores, 2013)

La ubicación de los componentes eléctricos dentro del tablero está normalizada, y fue el principal criterio para determinar la longitud del dispositivo y brindar seguridad al operario, impidiendo que por su separación 69

entre los transformadores con los mismos, puerta y estructura, no genere ningún arco eléctrico.

En la ilustración 22 se puede apreciar la manera como se sitúan los componentes eléctricos al interior del tablero.

Ilustración 22. Ubicación de los componentes eléctricos dentro del armario (Autores 2013).

4.4. Panel de control: El panel de control es la interface del usuario con el dispositivo, en el cual se disponen los puntos de medición, mandos, visualización de las funciones y señalización de seguridad. Este, se diseñó con una pequeña inclinación para hacerlo más ergonómico dando mayor visibilidad al operario. En la parte posterior del panel de control se apoyaran los multímetros a diagnosticar, de tal manera que esta será la visualización directa que tendrá el operario.

Para el diseño del panel de control se considera que debe ser en chapa de 2 mm de espesor, y se recomienda que el mecanizado de esta, se realice por corte laser o punzonado CNC, para garantizar la exactitud de los agujeros y cortes. (Ver ilustración 23).

70

Ilustración 23. Panel de control (Autores, 2013).

Las banas, pulsadores, y reóstatos

son aseguradas al panel de control,

mediante tuercas plásticas, para aislar por completo

la estructura los

diferentes voltajes a medir. Los voltímetros entran a presión. Se recomienda tener en cuenta las dimensiones de todas las perforaciones deben tener una tolerancia de 2 décimas por encima de la medida nominal de los elementos que se consiguen en el mercado.

La ilustración 24 se observa la disposición de los componentes en el panel de control.

71

1 5 6

2 3

7

4

8 9

Ilustración 24. Distribución elementos en el panel de control. (Autores, 2013).

El diseño del panel de control se fundamenta en los diferentes puntos de medida que se tienen que generar, los accionamientos y la ayuda visual al operario. Modelado de la siguiente manera (ver ilustración 24).

1 Pin de sujeción para los multímetros a prueba.

2 Bananas hembra para medir voltajes AC (izquierda) y DC (derecha).

3 Perillas del reóstato para regular la corriente, AC y DC. 4 Bananas hembra para medir corriente AC y DC. 5 Voltímetros, ayuda visual.

6 Botón

de stop, parada de emergencia. Des energiza por completo el

dispositivo.

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7 Botones de encendido y apagado (habilita y deshabilita todas las medidas).

8 Banana hembra para medir valores de resistencia.

9 Banana hembra para medir valores de capacitancia.

La ilustraci贸n 25 muestra la ubicaci贸n del panel de control en la estructura del dispositivo.

Ilustraci贸n 25. Ubicaci贸n del panel de control dentro en el dispositivo. (Autores, 2013).

73

4.5. Área de trabajo: Para hacer un análisis de los multímetros a prueba, es necesaria realizar unas tablas en formato excel, las cuales ayudaran a comparar los datos del multímetro a prueba con el multímetro patrón, para ello es de suma importancia contar con un computador portátil. El cual se debe de ubicar de manera cómoda en el dispositivo para registrar los datos.

En la ilustración 26 se observa la lámina de 2.5 mm utilizada para el área de trabajo en la cual se colocara el computador portátil.

Ilustración 26. Área de trabajo. (Autores, 2013).

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En la ilustración 27 se observa la ubicación del área de trabajo en el dispositivo, se modela con el fin de facilitar las toma de datos y comprende un área de 0.1524 m^2; tiene el espacio suficiente para un portátil de hasta 17 in.

Ilustración 27. Ubicación área de trabajo en el dispositivo. (Autores, 2013).

4.6. Envolventes: La envolvente es todo aquello que está expuesto

y a su vez debe de

proteger los elementos internos del dispositivo.

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Para modelar los envolventes del dispositivo, se tienen que tener varios criterios eléctricos de estricto cumplimiento, por lo cual, se simula en primera instancia las tapas lateras del tablero eléctrico.

En la ilustración 28 se observa las tapas laterales, modeladas en 2 mm; estas a su vez sirven de recubrimiento del tablero eléctrico y área de almacenamiento.

Ilustración 28. Tapas laterales del dispositivo. (Autores, 2013).

Es importante considerar un ducto de ventilación en el tablero eléctrico, por lo que se modelo la tapa izquierda con un agujero cuadrado de 200 mm, en este, será insertado a presión una rejilla una espuma y un soporte, que

76

proporcionan la ventilación necesaria a los componentes. Para mejor claridad ver ilustración 29 y 30.

Ilustración 29. Tapa lateral izquierda. (Autores, 2013).

Ilustración 30. Ventilación tablero eléctrico. (Autores, 2013).

Para los recubrimientos posteriores, se modelo bajo norma, proporcionando seguridad, facilidad de acceso a cambio de repuestos, ensamble y demás.

77

Por eso todos los recubrimientos laterales y posteriores estรกn modelados a en chapa de 2 mm en Cold Rolled, y se aseguran a la estructura por medio de tornillos avellanado m4.

Ilustraciรณn 31. Recubrimiento posterior. (Autores, 2013).

En la ilustraciรณn 32 se observa el detalle de cรณmo se modela la sujeciรณn de las tapas a la estructura.

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Ilustración 32. Detalle sujeción de tapas. (Autores, 2013).

El dispositivo tiene que proporcionar la ergonomía suficiente para el operario, sin generar ninguna enfermedad profesional o accidente laboral, por eso, en la parte superior se modelo un apoyo para los brazos basculante, que a su vez sirve de protección a los puntos de medición durante el transporte. (Ver ilustración 33).

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Ilustraci贸n 33. Tapa basculante. (Autores, 2013).

La tapa basculante esta soldada a unas bisagras dise帽adas especialmente para dar el grado de libertad necesario al mismo (ver ilustraci贸n 34).

Ilustraci贸n 34. Detalle bisagra de la tapa basculante. (Autores, 2013).

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Como lo estipulan las normas nombradas en el capítulo 3 del presente documento hay una distancia mínima a considerar entre los conductores y los recubrimientos. Por eso se debe garantizar de alguna manera que cuando la tapa está totalmente cerrada los puntos de medición se encuentren totalmente des energizados.

La bisagra acciona un interruptor de seguridad, que condiciona la activación de los puntos de medición, proporcionando seguridad al no generar arcos eléctricos cuando la tapa está totalmente cerrado. Ver ilustración 35.

Ilustración 35. Accionamiento de seguridad. (Autores, 2013).

La puerta del tablero eléctrico debe ser modelada bajo norma, con el fin de garantizar seguridad.

En la ilustración 36 se observa la puerta del armario eléctrico.

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Ilustración 36. Puerta del tablero eléctrico. (Autores, 2013).

La puerta esta modelada en un espesor de 2,5 mm por encima de lo que la norma exige (1,4mm), y por su diseño es considerada la parte más débil del dispositivo al tener los puntos de apoyo con mayor separación. Por lo que debe ser sometida a pruebas de

impacto (prueba reglamentaria para

tableros eléctricos IK 05) lo cual se describe con claridad en el capítulo 5 sobre evaluación de criterios del presente documentos.

La ilustración 37 muestra el mecanismo de cierre, este, es de los más utilizados en tableros eléctricos, por lo que facilita la extracción de la puerta, con solo utilizar una herramienta (llave de control ver ilustración 38), cumpliendo con lo establecido por las normas.

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Ilustraci贸n 37. Mecanismo de cierre para la puerta del tablero el茅ctrico. (Autores, 2013).

Ilustraci贸n 38. Llave de tablero el茅ctrico. (Autores, 2013).

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La ilustración 39 muestra la ubicación de la puerta del tablero eléctrico.

Ilustración 39. Ubicación puerta del tablero eléctrico. (Autores, 2013).

Para aprovechar el espacio al máximo del dispositivo y darle un acabado mucho más armonioso visualmente, se modelo con un espacio de almacenamiento de herramientas, útiles, manuales etc., este, está ubicado en la parte inferior del dispositivo y comprende un área de 967,5 cm2, y un volumen de 82, 2 cm^3.

En la ilustración 40 se observa el área de almacenamiento de herramientas modelada dentro del dispositivo.

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Ilustración 40. Área de almacenamiento de herramientas. (Autores, 2013).

Es muy importante tener buen acceso y comodidad a las herramientas a almacenar, por lo cual se modela las puertas basculantes mediante bisagras las cuales sellan con un imán y dan un acabado estético al dispositivo.

En la ilustración 41 se observa las puertas modeladas en lámina de 2,5 mm de espesor.

Ilustración 41. Puerta izquierda del almacén. (Autores, 2013).

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Se modelo con dos puertas, una izquierda y una derecha, que basculan hasta 180 grados, proporcionando el mayor espacio para elementos hasta de 783 mm por 276 mm, (ver ilustración 42).

Ilustración 42. Puertas del dispositivo abiertas. (Autores, 2013).

Las bisagras utilizadas para las puertas son las más usuales para muebles metálicos, y por ende proporcionan seguridad y facilitan su adquisición de manera fácil en el comercio.

En la ilustración 43 se observa el detalle de las bisagras puestas en la estructura del dispositivo mediante tornillos M6.

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Ilustración 43. Bisagra de la puerta inferior. (Autores, 2013).

4.7. Rotulado Teniendo en cuenta que el dispositivo esta modulado bajo normas (RETIE), se debe implementar los rótulos necesarios que debe contener el tablero eléctrico ya sea informativo y preventivos.

4.7.1. Rotulado informativo: Es el rotulo que debe tener todos los tableros eléctricos brindando al comprador, usuario e instalador, los requerimientos básicos para su funcionamiento.

En la ilustración 44 se observa el rotulo informativo.

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Ilustraciรณn 44. Rotulo informativo. (Autores, 2013).

En la ilustraciรณn 45 se observa la ubicaciรณn del rotulo en el dispositivo. (Parte trasera superior izquierda)

Ilustraciรณn 45. Ubicaciรณn del rotulo informativo en el dispositivo. (Autores, 2013).

88

4.7.2. Rotulo preventivo: Este rotulo debe estar normalizado tanto en tamaño como en colores. Debe estar ubicado en un área muy visible advirtiendo al operario del riesgo eléctrico.

En la ilustración 46 y 47 se observa la ubicación de los rótulos preventivos de riesgo eléctrico, uno en el panel de control del dispositivo y otro en la tapa frontal del tablero eléctrico.

Ilustración 46. Rotulo riesgo eléctrico panel de control. (Autores, 2013).

89

Ilustración 47. Rotulo riesgo eléctrico tablero. (Autores, 2013).

4.8.

Modelado Final.

Luego de haber tenido en cuenta todos los criterios de diseño, se ha llegado al siguiente resultado final, el cual paso por varias modificaciones haciendo de este un dispositivo idóneo para su labor principal.

Otorga comodidad, seguridad y confianza al usuario.

En la ilustración 48, 49 y 50 se observa el modelo final del dispositivo.

90

Ilustraci贸n 48. Isom茅trico dispositivo. (Autores, 2013).

91

Ilustraci贸n 49. Vistas laterales del dispositivo. (Autores, 2013).

Ilustraci贸n 50. Vista posterior. (Autores, 2013).

92

En la ilustraci贸n 51 se observa la vista explosionada del dispositivo.

Ilustraci贸n 51. Vista explosionada del dispositivo. (Autores, 2013).

93

5. EVALUACIÓN DE CRITERIOS DE DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE DIAGNÓSTICO PARA MULTÍMETROS DIGITALES FLUKE SERIE 80.

5.1. Evaluación de criterios normativos En este capítulo se evalúan

los criterios más relevantes de estricto

cumplimiento otorgados por la RETIE, que fueron presentados en el capítulo 3 de este documento.

Al diseñar

el dispositivo se buscó cubrir al máximo con todos aquellos

aspectos especificados en las normas anteriormente expuestas con el fin de obtener un producto de calidad.

Para este caso, se ha de dar cumplimiento a las pruebas de

carácter

mecánico como lo son el grado de protección IP no menor a 2XC (o su equivalente NEMA) y el grado de la prueba IK 05.

5.1.1. Calificación IP

Para estandarizar el rendimiento de los gabinetes, las organizaciones IEC, NEMA y UL ofrecen sistemas de calificación para identificar la capacidad de un gabinete para resistir influencias ambientales, desde líquidos que gotean a la infiltración de polvo y la inmersión completa. El objetivo de la calificación de las tres organizaciones es ayudar a los usuarios finales a hacer una selección apropiada, informada, de gabinetes que cumplan con las exigencias específicas de su aplicación.

Se califica los gabinetes eléctricos por Tipo (NEMA y UL) y/o calificación IP (IEC) de acuerdo al grado de protección proporcionado. (Hoffman Enclosures Inc, 2009) 94

Las calificaciones de Tipo e IP cubren: • El grado de protección humana contra componentes peligrosos adentro del gabinete • El grado de protección para el equipo adentro del gabinete contra el ingreso de cuerpos extraños sólidos incluido el polvo • El grado de protección para el equipo adentro del gabinete contra el ingreso de agua

95

Calificaci贸n IP para tableros el茅ctricos.

Tabla 7. Calificaci贸n IP para tableros el茅ctricos (Hoffman Enclosures Inc, 2009)

96

Para evaluar el criterio de del capítulo 3 del presente documento, el cual establece el grado de protección mínima con la que se deben fabricar los tableros eléctricos, se modelo el dispositivo de tal manera que cumpla con los requerimientos de la norma , especificada en la tabla 7, IP 2XC, donde establece por sus siglas lo siguiente:

IP = letras de código internacional protección

2 = primer número (numero de 0 a 6 o letra X). El dos hace referencia a la protección contra objetos sólidos de hasta 12,5 mm (p. ej., dedos). Dentro de estos se encuentran dos significados, el primero es el grado de protección de las personas contra los contactos o con la cercanía de las partes bajo tensión. La protección es satisfactoria si se mantiene una distancia suficiente entre el calibre de accesibilidad y las partes peligrosas.

El segundo significado hace referencia al grado de protección contra la penetración de cuerpos sólidos extraños. Por consiguiente:

Primer Significado Protegido contra el acceso a partes peligrosas con un dedo. El dedo de prueba articulado de 12 mm de Ø y 80 mm de largo, puede llegar a penetrar hasta el tope de Ø 50 mm x 20 mm, pero deberá quedar a una distancia suficiente de las partes peligrosas. Cada articulación del dedo tomará ángulos de 90° en todas las posiciones posibles.

Segundo Significado Protegido contra cuerpos sólidos de Ø >= de 12,5 mm (para IEC). El calibre de ensayo, esfera de 12,5 mm de Ø no deberá penetrar completamente (F=30 N ±10%).

X = segundo número (números del 0 al 7 o letra X) si en esta casilla se encontrara un número, se tendría en cuenta la protección contra líquidos. En este caso específico la letra X no hace referencia a ningún tipo de protección 97

contra los mismos, por ende se entiende que la protección contra líquidos es nula.

C = letra adicional (opcional) (letras A B C o D). La letra C hace referencia a la protección contra el acceso a partes peligrosas (contactos o cercanías de las partes bajo tensión), esto significa que puede dejar penetrar cuerpos extraños de diámetro superior a 2,5 mm, pero un alambre de acero de este diámetro y 100 mm de longitud queda a una distancia suficiente de las partes peligrosas. (Pasteau, 2012).

En conclusión, el dispositivo estará bajo el grado de protección IP 2XC, ya que el ambiente de trabajo es en un interior, instalaciones de la empresa Makser. El lugar que se tiene previsto para su ubicación está libre de humedades, caída de gotas o salpicaduras mínimas. Cabe aclarar que en la zona de trabajo está prohibido el consumo de cualquier tipo de alimento o sustancia líquida que pueda perjudicar o alterar el estado de los instrumentos allí alojados. Si bien se atiende a esta seguridad que ofrece la división de seguridad industrial y seguridad ocupacional de la empresa, aun así se han tomado las medidas del caso con la aplicación de normas al diseño del instrumento.

5.1.2. Prueba IK.

El reglamento RETIE establece que los tableros deben ser resistentes a impactos mecánicos externos mínimo grado IK 05. Esto es un sistema de codificación para indicar el grado de protección proporcionado por la envolvente contra los impactos mecánicos nocivos, y que salvaguarda así los materiales o equipos en su interior. Generalmente, el grado de protección se aplica a la envolvente en su totalidad. Si alguna parte de esta envolvente tiene un grado de protección diferente, esto debe indicarse por separado en 98

las instrucciones o documentación del fabricante de la envolvente (Ministerio de minas y energia, 2013).

En la Tabla 8 se indican los diferentes grados de protección IK con la energía del impacto asociada a cada uno. También se indica la equivalencia en peso y altura de caída de la pieza de golpeó sobre la envolvente.

Grado IK

Energía (Julios)

Masa y altura de la pieza de golpeo

IK 01

0,15

0,2 kg 70mm

IK 02 IK 03

0,2 0,35

0,2 kg 100mm 0,2 kg 175mm

IK 04

0,5

0,2 kg 250mm

IK 05 IK 06

0,7 1

0,2 kg 350mm 0,5 kg 200mm

IK 07

2

IK 08

5

0,5 kg 400mm 1,7 kg 295mm

IK 09

10

5,0 kg 200mm

IK 10

20

5,0 kg 400mm Tabla 8. Código IK (Pasteau, 2012)

Es bajo este criterio se ha desarrollado el diseño del dispositivo, que como se muestra en la Tabla 8, debe soportar el impacto de una esfera de poliamida o de acero con una masa de 200 gramos. La prueba consiste en dejar caer la esfera en la parte considerada más débil (punto medio de la envolvente con mayor longitud entre sus soportes), desde una altura de 350 mm.

Cabe aclarar que como se trata netamente de la fase de diseño y no de su implementación, se realizó a continuación la demostración mediante teoría física mecánica y simulación por software, lo cual garantiza que el diseño satisface la prueba solicitada.

99

5.1.2.1 Datos suministrados por la prueba IK: m = 200 gr = 0.2 Kg

Masa de la esfera

g = 9,877 m/s^2

Gravedad

h = 350 mm

Altura de caída libre

E = 0.7 J

Energía del impacto

5.1.2.2 Cálculos.

Análisis de energías donde: Caso 1 Ep = max

energía potencial

Ec = min

energía cinética

ET = Ep + Ec

energía total

Dónde: ET = Ep + 0 ET = Ep Ep = mgh Ep = (0.2 kg) (9,8 m/s^2) (0,35 m) = Ep = 0,685 J = ET En lo anterior se comprueba la energía del impacto, la cual se aproxima a los 0,7 J que suministra la tabla.

100

Caso 2 Ep = min

energĂ­a potencial

Ec = max

energĂ­a cinĂŠtica

ET = Ep + Ec

energĂ­a total

DĂłnde: ET = Ec + 0 ET = Ec Ec = ½ m V^2 = ET Ec = ½ (0.2 Kg) (V^2) = 0.686 J V= â&#x2C6;&#x161;

(0.686đ??˝) 0.1 đ??žđ?&#x2018;&#x201D;

= 2.61m/s

Velocidad de impacto.

Tiempo de impacto T = V. impacto / aceleraciĂłn T = (2.61m/s) / (9.8 m/ s^2) T = 0.266 s

Impulso Im = m (V .impacto â&#x20AC;&#x201C; V. final) 101

Im = (0.2 Kg) ( 2.61 m/s) Im = 0.522 Kg m / s

Fuerza de impacto Fi = impulse / tiempo Fi = (0.522 kg m / s ) / (0.266 s) Fi = 1.962 N

Fuerza aplicada en el análisis.

5.1.2.3. Simulación de la prueba IK 05 mediante software.

La simulación de la prueba IK 05 debe llevarse a cabo en el punto de la envolvente estimado como más débil, por lo que se considera la tapa frontal del tablero eléctrico, como la parte más débil del dispositivo

ya que la

distancia entre sus puntos de apoyo es la más alargada, sus dimensiones están acotadas en milímetros; ver ilustración 49.

Ilustración 52. Tapa frontal acotada. (Autores, 2013).

102

Especificaciones técnicas de la simulación: Se deja caer una pieza de acero con una masa de 200g a una altura de 350 mm sobre una placa de acero Cold Roll espesor 2mm, el punto fijo de apoyo utilizado en el análisis es el doblez realizado en la tapa frontal, el valor tomado de gravedad es de 9.8m/s, después de realizar los cálculos se determina que la fuerza puntual a aplicar en el punto más débil (centro de la estructura) es de 1,962 N.

Ilustración 53. Simulación prueba IK 05 CATIA

Para garantizar que la tapa frontal del dispositivo es resistente a la prueba, se hizo el análisis en dos software de simulación mecánica CATIA y SOLIDWORKS, para luego comparar los resultados y sacar un promedio de los mismos, los cuales se muestran en ilustración 53 y 54, su semejanza de

103

colores es casi igual, indicando un desplazamiento máximo después del impacto entre 0.019 mm (Solidworks) y 0.05mm (Catia).

Ilustración 54. Simulación prueba IK 05 SOLIDWORKS

Resultados del análisis: Desplazamiento máximo = 0,0525mm Teniendo en cuenta el espesor de la placa (2mm) se puede concluir que el desplazamiento máximo del material equivale al 2,6% por lo tanto la elasticidad de la placa es despreciable y no presenta daños sobre la estructura.

104

Ilustración 55. Tapa frontal con tensiones activas.

Presión de impacto máxima = 71655 N /m^2 Teniendo en cuenta que el límite de elasticidad del acero en frio (Cold Rolled calidad comercial A366), esta entre 240 000 000 N /m^2 y 275 000 000 N /m^2 (La Campana, 2013) y que la presión de impacto máxima no sobrepasa estos valores, no habrá una deformación (plasticidad) que afecte de alguna manera la tapa frontal del dispositivo, concluyendo así; que esté está diseñado a satisfacción del criterio de diseño E del capítulo 3 del presente documento.

105

5.2. Evaluación de Criterios Generales.

A continuación se evaluaron los criterios de diseño generales del dispositivo de diagnóstico para multímetros digitales Fuke serie 80, estos ya fueron nombrados anteriormente en el capítulo 3 del presente documento, y se evaluaran llevando un orden metódico otorgado por el libro Diseño De Productos, atendiendo a todas sus especificaciones de diseño.

5.2.1. Tamaño Para el diseño del dispositivo de apoyo se realizaron diferentes estilos con medidas oscilantes las cuales se fueron adaptando poco a poco según requerimientos y normas.

Un punto importante a tener en cuenta fue la ergonomía del dispositivo que se fue adecuando espacio por espacio, función por función para así darle un tamaño ideal que no fuera incomodo de transportar, trabajar o realizar labores de mantenimiento.

A continuación observaremos el diseño final acotado en milímetros regido por las normas nombradas anteriormente que hablan acerca de gabinetes eléctricos y los criterios de diseño de dispositivos empleados para satisfacer necesidades de ergonomía.

106

Ilustraci贸n 56. Dispositivo plegado. (Autores, 2013).

En el anexo 2 se especifica con claridad las dimensiones del dispositivo as铆 como se hace detalle de los mecanismos implementados.

Ilustraci贸n 57. Dispositivo en funcionamiento. (Autores, 2013).

107

5.2.2. Relación de pesos del dispositivo.

El peso del dispositivo se calcula de acuerdo a sus elementos que se utilizaran, a continuación encontraremos una tabla con una breve descripción de los materiales a utilizar en el diseño mecánico de este dispositivo, cabe aclarar que estos valores son aproximados.

RELACION DE PESOS Kg Estructura

35

Tapas

5

Transformadores

20

Componentes

15

Multímetro

0,5

Tornillería

1

TOTAL

76,5

Tabla 9. Relación de pesos del dispositivo.

5.2.3. Transporte del producto Para facilitar la movilidad de esta herramienta, ya que su peso se encuentra entre 75 y 85 Kg, se diseñó con unas argollas que van soldadas directamente a la estructura, para poder manipularlo de manera adecuada, sin mayor esfuerzo por parte del operario.

108

Ilustración 58. Argolla para transporte lado izquierdo. (Autores, 2013).

Ilustración 59. Argolla para transporte lado derecho.

Al manipular un equipo de precisión debe hacerse con el máximo de cuidado y precaución para evitar daños a la estructura y a sus componentes. Por ello, 109

se han previsto argollas en la parte superior de la estructura para izarla mediante grúa, montacargas u otro dispositivo adecuado. Para tal propósito se pueden emplear cadenas, eslingas de cable, plástico o textiles con la capacidad apropiada al peso que se maneja. Teniendo en cuenta que el ángulo que se genera entre el armario y la eslinga debe estar entre 70° y 90° para no afectar la envolvente del dispositivo, esto hace que al levantarlo no se incline más para los lados, es decir, que el ángulo debe ser paralelo en todo el armario.

En la Ilustración 60 se observa la forma en que se iza el armario para su transporte o maniobra hacia su sitio de trabajo.

Ilustración 60. Modo de transportar el dispositivo. (Autores, 2013).

110

Comentado [E1]: No lo olviden

5.2.4. Descripción Cualitativa Mediante el modelado del dispositivo, expuesto en el capítulo 4 del presente documento, se buscó realizar un diseño a través de una estética distinta con innovaciones técnicas ergonómicas ofreciendo varios beneficios y funciones que permitan un diagnostico eficaz de los multímetros, este diseño mecánico tiene un aspecto dinámico, comodidad y robustez.

Se modelo con la certeza que la resistencia de sus materiales proporcionan una gran vida útil.

5.2.5. Aspectos Ergonómicos Es deseable que el diseño mecánico de este dispositivo sea de fácil adaptación para que sea manipulable para cualquier tipo de personas sin importar su tamaño o estado físico, debe ser cómodo al operarlo sin generar ningún tipo de cansancio teniendo una visibilidad sobre todo el modulo sin necesidad de grandes movimientos o desplazamientos para el diagnóstico de multímetros Fluke serie 80.

Para realizar un postura cómoda frente al dispositivo de diagnóstico es necesario tener una posición adecuada donde la espalda debe encontrarse totalmente recta o ligeramente inclinada apoyada en el espaldar de la silla, además los brazos deben estar relajados y sueltos, los codos deben estar cerca de los lados del cuerpo con las manos lo más paralelas al suelo entre lo posible, las muñecas si se están realizando trabajo deben estar a no más de 10° grados de inclinación positivos o negativos y la cabeza debe estar derecha ligeramente inclinada hacia adelante , hay que procurar no forzar la cabeza ni el tronco y si el tiempo de trabajo en el banco es demasiado prolongado se debe procurar cambiar de posición para evitar el cansancio, en la ilustración 57 se observa la postura normal que por ergonomía se debe utilizar al trabajar en este dispositivo .

111

Ilustración 61. Postura ergonómica del operario frente al dispositivo. (Ergonomianazaret, 2012) (Autores, 2013).

El dispositivo cuenta con medidas ergonómicas en cuanto a su altura de trabajo, posición y acomodación de la silla para que operador el cual debe estar en una posición ergonómica viendo a detalle todos los implementos y componentes que está utilizando sin necesidad de realizar esfuerzos innecesarios.

De acuerdo al la norma tecnica colombiana NTC 5655 acerca de los principios de diseño ergonomico de sistemas de trabajo, especificamente el numeral 3.6.5 “diseño de los medios de trabajo, del hadware y del software”, la interfaz facilita la toma de desiciones, la transferencia de informacion o la comunicasion entre las personas y los medios de trabajo. Sus principales 112

componentes

son

las

pantallas

y los

controles,

que

pueden

ser

convencionales o formar parte de terminales y pantallas de computador. La interfaz debe diseĂąarse de manera que se adapte a las caracteristicas del ser humano. (Icontec internacional, 2008).

Teniendo en cuenta lo anterior se modela la estructura de la interfaz con un pequeùo angulo 17° con respecto a la vertical,facilitando asi la visualizacion de todos los componentes que alli se alojaran.

IlustraciĂłn 62. Croquis de la estructura de la interfaz.(Autores, 2013).

Pulsadores, conectores,

pantallas de visualizacion (voltimetros), y los

multimetros a prueba se fijaran a la estructura, estos se consiguen nacionalmente estandarizados bajo esta norma, adactandose a las cualidades del ser humano.

En la ilustracion 63 se observa un ejemplo de la ergonomia de uno de los componentes(pulsador parada de emergencia) utilizados en el panel de control (interfaz), en este se puede apreciar la parte roja que es la que tiene contacto con el operario en caso de una emergencia, su forma hace que se 113

pueda activar con las manos sin molestar de ninguna manera la integridad del usuario.

Ilustración 63. Ejemplo de la ergonomía de los componentes usados en el dispositivo.

La figura 63 es un ejemplo de los componentes implementados en el diseño, y así mismo todos con los que cuenta el diseño del dispositivo fueron modelados previamente obedeciendo a la ergonomía, más específicamente de las manos ya que son las extremidades con las que se debe operar el dispositivo.

5.2.6. Resistencia al desgaste y uso.

Todos los componentes cotizados para la elaboración de este armario, tienen una garantía entre 6 y 18 meses, dependiendo del proveedor, lo que ofrece satisfacción a la hora de su puesta a punto. Cabe señalar que el desgaste del dispositivo no será relevante debido a que las pruebas en Makser se realizan cada dos meses aproximadamente dependiendo el cronograma de servicios que se presente en el departamento técnico, y no diariamente lo 114

que generaría un desgaste excesivo en los componentes. Por lo cual se concluye que el uso del armario será mínimo y todos sus componentes tendrán una larga vida útil (5 año). Sin embargo, se estima que los botones, perrillas y fusibles pueden tener un desgaste relativo a la cantidad de pulsaciones efectuadas, entre 3x10^6 y 10x10^6 (ciclos de maniobra) (Siemens, 2013) Esto tardaría entre 5 a 10 años en producirse.

Se tiene previsto que el armario será ubicado en un área aislada de polvo y humo provenientes de operaciones como esmerilado, soldadura o pintura.

Así mismo, la humedad en el recinto de instalación será tan baja como sea posible, con el fin de evitar problemas con el sistema eléctrico.

5.2.7. Selección de materiales.

Para elegir los materiales a emplear en la parte mecánica del dispositivo, se tiene en cuenta las exigencias de la norma RETIE, la cual exige acero para la fabricación del tablero eléctrico, adicionalmente, debe estar protegido contra la oxidación.

Se planteó reducir costos pero contar con materiales de buena resistencia y calidad, se pueden suplir necesidades combinando dos componentes para obtener el mismo resultado que tendría uno de mayor presupuesto como es el caso del acero inoxidable. Se aplicará pintura electroestática (después de su mecanizado) para evitar oxidación.

A continuación se especifica las materias primas del dispositivo de diagnóstico, dando una ampliación de sus usos, composición y presentación en el mercado.

En la tabla 10 se observa la relación que hay entre los materiales, sus cantidades y sus medidas comerciales a utilizar en el diseño del dispositivo.

115

Comentado [E2]: Cómo asi?

Tabla 10. Relación de materiales y cantidad. (Autores, 2013).

CANTIDAD

PRESENTACION

3

Lamina

1

Lamina

2

Angulo estructural

1

Angulo estructural

MATERIAL/ NORMA Cold Rolled A366 ASTM Cold Rolled A366 ASTM Acero A 36 ASTM Acero A 36 ASTM

ESPESOR / DIMENSIONES

MEDIDAS

2mm

1240 mm x 2400 mm

3 mm

1240 mm x 2400 mm

1' 1/2 * 1/8 in

6000 mm

3/4 * 1/8 in

6000 mm

5.2.7.1. Ángulo en acero de alas iguales.

Los ángulos son perfiles de acero con sección transversal en forma de "L" con alas de igual dimensión que forman un ángulo recto. Normalmente se comercializan en 6 metros de longitud; es un perfil estructural por excelencia.

Para la elaboración de la estructura inferior del dispositivo se utilizará un ángulo en acero de 1 1/2” * 1/8 in y para la estructura superior se utilizó un ángulo en acero de ¾ * 1/8 in, los detalles fueros expuestos en el capítulo 3 del presente documento y están mucho más ampliados en los planos mecánicos anexos al mismo.

Aplicaciones: Para uso en pequeña y gran industria metalmecánica, ornamentación, cerrajería, pequeñas y grandes estructuras, etc.

116

Especificaciones técnicas.

Tabla 11. Especificaciones técnicas del ángulo estructural. (La Campana, 2013)

5.2.7.2. Lámina en Frio - Cold Rolled – CR La lámina en frio o Cold Rolled es laminado en frio. Es fabricado de acero en caliente el cual ha sido limpiado químicamente antes de ser enrollado. El proceso de formado en frio reduce el espesor del acero y al mismo tiempo cambia su propiedad. (La Campana, 2013) La mayor parte del dispositivo esta modelado con laminado en frio (cold rolled), ya que por su límite de fluencia proporciona mayor resistencia a impactos, sin presentar deformaciones. También por la precisión en su presentación comercial dará mejores resultados en el mecanizado y consecutivamente en el ensamble.

117

Para mayor detalle de la

implementación de materias primas se puede

observar en los planos anexos con exactitud (rotulo) en que piezas se utilizara dicho material.

Aplicaciones: Para poder llegar a los varios requerimientos de los diferentes sectores

industriales,

la lámina

en

frio

o

Cold

Rolled esta metalúrgicamente diseñada para proveer atributos específicos tales como: alta ductilidad, embutido profundo, alta fuerza y Resistencia, buenas propiedades magnéticas y de fácil manejo para aplicación de pinturas entre otros.

Especificaciones técnicas:

Tabla 12. Composición química Cold rolled (La Campana, 2013)

118

Tabla 12. Propiedades mecánicas Cold Rolled (La Campana, 2013)

5.2.8. Ensamble El armario está diseñado de forma modular, lo cual permitirá extraer o introducir nuevos componentes sin mayor dificultad. Esto se hace con el fin de facilitar el cambio de repuestos o reemplazarlos por otros de la misma capacidad pero con dimensiones tolerables hasta un 20 % mayor de su dimensión original.

El ensamble puede ser realizado en un lugar básico donde no se cuente con herramientas o máquinas especiales, así, un lugar idóneo es en la misma empresa Makser Ltda. Esto facilitará los procesos, ya que se cuenta con un buen diseño, bajo los criterios de economizar espacio, costos de materiales, no lleva soldaduras especiales ni ensambles de precisión, delicados o de difícil ajuste, además se diseñó para que trabaje en condiciones climáticas reales de la cuidad de Bogotá.

119

5.2.9. Mantenimiento Se considera realizar un mantenimiento mínimo del producto en un intervalo de 12 meses en los cuales se revisara: 

Estado de borneras: revisar deterioro por alguna anomalía eléctrica (corto circuito o falsos contactos).



Cableado correctamente ajustado: reapretar tornillería y halar los cables para su comprobación.



Eliminación de vibraciones o elementos flojos que están acoplados a la placa de componentes.



Limpiar contactos: utilizar

limpia

contactos,

recomendado

por

experiencia Chesterton 296. 

Lubricar bisagras: utilizar loctite 8105, lubricante limpiador de uso general.

5.3. Listado de verificación.

Un listado de verificación es aquel pequeño documento o tabla, que contiene criterios o indicadores a partir de los cuales se miden y evalúan las características del objeto, que para el presente se refiere al diseño del dispositivo de diagnóstico, comprobando si cumple con los atributos establecidos. La lista de verificación se utiliza básicamente en la práctica de la

investigación

que

forma

parte

del

proceso

de

evaluación.

En la tabla 13 se presenta la lista de verificación de los criterios señalados en el capítulo 3 del presente documento.

120

Evaluación de criterios Cumple 1

El dispositivo se modelo del tal manera que las partes energizadas peligrosas no deben son accesibles y las partes energizadas accesibles no son peligrosas, tanto en operación normal como en caso de falla.

x

2

Tanto la envolvente como la tapa del tablero fueron modeladas en lámina de acero, cuyo espesor y acabado debe resistir los esfuerzos mecánicos , para los que fue diseñado.

x

3

El tablero de distribución, es accesible sólo desde el frente; la lámina de acero de espesor mínimo 0,9 mm para tableros hasta de 12 circuitos y en lámina de acero de espesor mínimo 1,2 mm para tableros desde 13 hasta 42 circuitos.

x

4

El encerramiento cumple con el grado de protección contra sólidos no mayores de 12,5 mm, líquidos de acuerdo al lugar de operación y contacto directo, mínimo IP 2XC o su equivalente NEMA.

x

5

El tablero es resistente a impactos mecánicos externos mínimo grado IK 05.

x

6

Los compuestos químicos utilizados en la elaboración de las pinturas para aplicar en los tableros, no deben contener TGIC (Isocianurato de Triglicidilo).

x

7

Todas las partes externas del panel fueron diseñadas para ser puestas sólidamente a tierra mediante conductores de protección y sus terminales se identifican con el símbolo de puesta a tierra.

x

8

Todos los elementos internos que soportan equipos eléctricos están en condiciones de resistir los esfuerzos electrodinámicos. Las dimensiones, encerramientos y barreras tienen el espacio suficiente para alojamiento de los terminales y curvaturas de los cables.

x

9

Las partes fabricadas con materiales aislantes deben ser resistentes al calor, al fuego y a la aparición de caminos de fuga. La puerta o barrera que cubre los interruptores automáticos debe permitir su desmonte) solamente mediante el uso de una herramienta, puesto que su retiro deja componentes energizados al alcance (contacto directo).

x

10

El tablero tiene instrumentos de medida de corriente, de tensión entre fases o entre fase y neutro (con o sin selector), así como lámparas de indicación de funcionamiento del sistema (normal o emergencia).

x

11

Cada conductor que se instale en el tablero, debe tener un terminal que puede ser a presión o de sujeción mediante tornillo.

x

No cumple

121

12

El tablero esta modelado con un barraje para conexión a tierra del alimentador, con suficientes terminales de salida para los circuitos derivados.

x

13

El dispositivo se modelo con el rotulo informativo que debe estar adherido de manera clara, permanente y visible.

x

14

Está contemplado que el dispositivo este protegido por dentro y por fuera contra la corrosión.

x

15

El espacio dentro del tablero eléctrico debe ser suficiente para que permita instalar holgadamente los cables que haya en su interior y para que quede una separación entre las partes metálicas de los dispositivos y artefactos montados dentro de ellos.

x

16

Entre las paredes, parte posterior, entrada de canaletas o la puerta metálica de cualquier armario o caja de corte y la parte expuesta energizada más próxima de los dispositivos o artefactos montados dentro del armario, si su tensión no supera los 250 V. debe haber una distancia libre de 13 mm como mínimo. Para tensiones nominales de 251 a 600, esta distancia debe ser como mínimo de 25 mm.

x

17

Entre cualquier parte metálica energizada, incluidas las de los fusibles instalados en el interior de las cajas, y la puerta de éstas, debe quedar un espacio libre de 25 mm como mínimo. Excepción. Cuando la puerta esté forrada de un material aislante aprobado o el espesor de la lámina metálica no sea inferior a 2,4 mm sin recubrir, el espacio libre no debe ser inferior a 12,7mm.

x

18

El dispositivo cuenta con una estructura que satisfaga las necesidades eléctricas, ergonómicas y mecánicas.

x

19

En el diseño de este dispositivo tiene en cuenta cómo será transportado, realizando un análisis de como sujetar el cuerpo del dispositivo para moverlo donde sea necesario.

x

20

EL dispositivo esta modelado con un sistema de ventilación que regule la temperatura interna de los componentes electrónicos previniendo fallas u accidentes en la constante operación del dispositivo a diseñar.

x

21

El diseño del dispositivo cuenta con un cuadro descriptivo de los pesos aproximados y materiales necesarios para su construcción.

x

23

El diseño del dispositivo cumple con normas de un puesto de trabajo para no ser agotador para el operario al manipularlo.

x

24

El diseño del dispositivo cuenta con ergonomía en cuanto a visualización de los elementos y controles que se van a manipular.

x 122

25

la ergonomía del dispositivo hace que el operario este ubicado en un lugar adecuado una altura ideal y una posición que no afecte la salud y comodidad del operario reduciendo riesgos laborales al manipular este dispositivo.

x

26

EL dispositivo está diseñado asegurando gran resistencia al desgaste y durabilidad.

x

27

Se realizó una selección adecuada de materiales que cumplan las normas requeridas para la construcción de tableros eléctricos que sean resistentes y den una buena presentación estética del dispositivo.

x

28

El ensamble del dispositivo estar diseñado de manera sencilla pero cumple todas las normas establecidas además que tenga los espacios necesarios para su mantenimiento y fácil cambio de repuestos o consumibles.

x

Tabla 13. Evaluación de criterios diseño del dispositivo de diagnóstico. (Autores, 2013).

5.4. Recursos humanos, fungibles y materiales De acuerdo al diseño realizado para este proyecto en la tabla 14 se encuentra un listado de recursos humanos, fungibles, materiales con sus correspondientes precios a cada uno de sus respectivos elementos que integraran el diseño mecánico de este proyecto.

LISTADO DE RECURSOS Nº F1

cantidad Parte 1

Descripción

Precio $ und

Servicios públicos

Agua, energía, teléfono, internet

F2

1

Papelería

Impresiones, documentación.

fotocopias

F3

1

Transportes

Transportes en general

F4

1

Libros y otros

Libros, documentos, normas, etc.

F5

2

Diseño

F6

1

E1

1

E2

y

Precio $

150.000,00

100.000,00

100.000,00

100.000,00

100.000,00

100.000,00

80.000,00

80.000,00

Construcción y elaboración del diseño.

1.000.000,00

2.000.000,00

Asesoría

Correcciones y avaneces del tutor

1.000.000,00

1.000.000,00

Servicio plegado

Procesado de lamina

40.000,00

40.000,00

1

Servicio de punzonado

Procesado de lamina

350.000,00

350.000,00

M1

2

Riel omega

1m

12.000,00

24.000,00

M2

1

Tornillería varia

Milimétrica

50.000,00

50.000,00

M3

2

Lamina para estructura HR

2x1 calibre 2mm

180.000,00

360.000,00

M4

1

Lamina galvanizado

2x1 calibre 3mm

180.000,00

180.000,00

M5

2

Angulo estructural en acero

1/8 x 1 1/2", largo 6m

200.000,00

400.000,00

123

T1

1

Transformador

Monofásico V-in 220 V-out 600, 0.5KVA

208.000,00

208.000,00

T2

1

Transformador

Monofásico V-in 600 V-out 440, 0.5KVA

208.000,00

208.000,00

T3

1

Transformador

Monofásico V-in 110 V-out 220, 0,5 KVA

208.000,00

208.000,00

T4

1

Transformador

Monofásico V-in 110 V-out 1, 0,5 KVA

80.000,00

80.000,00

C1

1

Condensador

440 V 1000 micro faradios

10.000,00

10.000,00

C2

1

Condensador

120 V 1000 micro faradios

4.000,00

4.000,00

C3

1

Condensador

230 V 1000 micro faradios<<

4.000,00

4.000,00

C4

1

Condensador

5V 1000 micro faradios

1.000,00

1.000,00

C5

1

Condensador

600 V 1000 micro faradios

30.000,00

30.000,00

R1

2

Resistencia

22m ohm

100,00

200,00

R2

2

Resistencia

10k ohm

100,00

200,00

R3

1

Resistencia

1 ohm

100,00

100,00

D1

1

Puente rectificador

1A 220V

5.000,00

5.000,00

D2

1

Puente rectificador

1A 440V

5.000,00

5.000,00

D3

1

Puente rectificador

1A 5V

5.000,00

5.000,00

D4

1

Puente rectificador

1A 630

5.000,00

5.000,00

D5

1

Puente rectificador

1A 110

5.000,00

5.000,00

A1

1

Amperímetro DC

Digital

50.000,00

50.000,00

A2

1

Amperímetro AC

Digital

50.000,00

50.000,00

O1

30

Conectores banana hembra

3mm

600,00

18.000,00

S1

1

Pulsador stop

15ª

20.000,00

20.000,00

S2

1

Interruptor principal

15A monofásico

15.000,00

15.000,00

2

4

Juego de borneras para riel 10 celdas X 1 omega

15.000,00

60.000,00

3

15

Rollo cable calibre 16

1m

1.500,00

22.500,00

4

15

Rollo cable calibre 18

1m

1.500,00

22.500,00

5

1

Rollo cable calibre 10

1m

1.500,00

1.500,00

C6

2

Condensador A

4700Mf

10.000,00

20.000,00

C7

2

Condensador M

900uf

5.000,00

10.000,00

C8

2

Condensador B

0,22 uF

T5

1

Braker

12ª

6

100

Terminales de ojo

7

100

Terminales de uña

8

100

9 M6

2.000,00

4.000,00

25.000,00

25.000,00

Calibre 18

100,00

10.000,00

Calibre 19

100,00

10.000,00

Terminales de ojo

Calibre 16

100,00

10.000,00

100

Terminales de uña

Calibre 16

100,00

10.000,00

20

Terminal de ojo

Calibre 10

200,00

4.000,00

D6

2

Diodo rectificador

200V

R3

2

Reóstato

R4

1

Resistencia

1.000,00

2.000,00

200 ohm 500W

10.000,00

20.000,00

20 ohm1200W

150.000,00

150.000,00

124

R5

1

Resistencia

20 ohm 600W

150.000,00

150.000,00

C9

1

Condensador

120V 1000mF

10.000,00

10.000,00

R6

1

Resistencia de calefacción

110 V

30.000,00

30.000,00

S3

2

Interruptor

5ª

10.000,00

20.000,00

M7

1

Ventilador refrigeración armario 110 v 200mmx 200mm eléctrico

50.000,00

50.000,00

M8

1

Cinta aislante

Rollo

E3

1

Mano de Obra

Ensamble de partes mecanizadas

3.500,00

3.500,00

1.000.000,00

1.000.000,00

Subtotal Imprevistos 2%

147.210,00

TOTAL

7.507.710,00 Tabla 14 Listado de recursos. (Autores, 2013)

Adicional a esto se necesita como recurso, herramienta de mano que ayudara al ensamble de la estructura, entre ellas tenemos: 

Pinzas de punta



Juego de destornilladores (pala, estrella)



Juego de llaves fijas de la 8mm a 19 mm



Taladro



Juego de brocas 3mm a 12 mm



Juego de llaves Allen 3mm a 10 mm



Bisturí



Cinta aislante



Ponchadora terminales para calibre 16, 18 y 10



Martillo 1KG



Martillo de goma 1kg



Calibrador digital



Flexometro.



Computadores



Multímetros



Software

125

Toda esta herramienta será proporcionada por la empresa Makser ltda, la cual no tendrá costo alguno de alquiler o semejante adicionalmente tendremos las instalaciones de la empresa a total disposición para la realización de este proyecto.

5.5. Evaluación económica y financiera.

Para realizar la evaluación económica y financiera de este proyecto se realizó dos hipótesis en las cuales se evidencia la diferencia económica, las posibles ventajas y desventajas encontradas que ocasiona realizar este dispositivo de diagnostica además las consecuencias de no realizarlo, de esta manera haciendo la comparación se sabe que al financiarlo a 5 años el proyecto dará un rendimiento o ganancia aproximada de 46.72% sobre lo que se viene gastando en el mantenimiento necesario para tener estos instrumentos en un perfecto funcionamiento, con lo que queda demostrado que tan rentable es invertir para realizar este proyecto, en cuanto tiempo se paga su costo en mantenimiento evitando el detrimento y lo mejor de todo que terminara siendo una muy buena solución a la problemática que se está generando en el departamento de servicio técnico de Makser Ltda.

COSTOS SIN DISPOSITIVO DE DIAGNOSTICO POR CINCO AÑOS 1 AÑO

2 AÑO

3 AÑO

4 AÑOS

5 AÑOS

Costos por perdida de servicios e insatisfacción del cliente al no contar con un Multímetro

$ 1.000.000,00

$ 1.050.000,00

$ 1.102.500,00

$ 1.157.625,00

$ 1.215.506,25

Costos por riesgos ocasionados al enviar el multímetro a calibrar 5% (seguro)

$ 100.000,00

$ 105.000,00

$ 110.250,00

$ 115.762,50

$ 121.550,63

126

Costo de calibración anual a SEISA

$ 2.587.440,00

$ 2.716.812,00

$ 2.852.653,00

$ 2.995.285,65

$ 3.145.049,93

Costos del mensajero enviando a calibrar los multímetros

$ 80.000,00

$ 84.000,00

$ 88.200,00

$ 92.610,00

$ 97.240,50

Rodamiento para enviar a mensajero con los multímetros a calibrar

$ 40.000,00

$ 42.000,00

$ 44.100,00

$ 46.305,00

$ 48.620,25

Costos de mantenimiento y revisión anual

$ 2.000.000,00

$ 2.100.000,00

$ 2.205.000,00

$ 2.315.250,00

$ 2.431.012,50

Costo por Tiempo de demora en calibración.

$ 1.000.000,00

$ 1.050.000,00

$ 1.102.500,00

$ 1.157.625,00

$ 1.215.506,25

Consto total anual para mantener en perfecto estado los multímetros Fluke serie 80

$ 6.607.440,00

$ 6.937.812,00

$ 7.284.702,60

$ 7.648.937,73

$ 8.031.384,62

VPN

$ 36.510.276,95 Tabla 15 Costos sin Dispositivo de diagnóstico por cinco años (Autores, 2013)

COSTOS CON DISPOSITIVO DE DIAGNOSTICO POR CINCO AÑOS 1 AÑO

2 AÑO

3 AÑO

4 AÑOS

5 AÑOS

Costo mantenimiento al año del dispositivo de diagnostico

$ 0,00

$ 200.000,00

$ 210.000,00

$ 220.500,00

$ 231.525,00

Costo Total dispositivo de diagnostico

$ 7.507.710,00

$ 0,00

$ 0,00

$ 0,00

$ 0,00

Costo de calibración anual a SEISA.

$ 775.320,00

$ 814.086,00

$ 854.790,00

$ 897.529,50

$ 942.405,98

Costo por Tiempo de demora en calibración

$ 240.000,00

$ 252.000,00

$ 264.600,00

$ 277.830,00

$ 291.721,50

127

Costos de mantenimiento y revisión anual

$ 600.000,00

$ 630.000,00

$ 661.500,00

$ 694.575,00

$ 729.303,75

Costos del mensajero enviando a calibrar los multímetros.

$ 40.000,00

$ 42.000,00

$ 44.100,00

$ 46.305,00

$ 48.620,25

Costos por riesgos ocasionados al enviar el multímetro a calibrar 5% (seguro)

$ 30.000,00

$ 31.500,00

$ 33.075,00

$ 34.728,75

$ 36.465,19

Costos por perdida de servicios e insatisfacción del cliente al no contar con un Multímetro.

$ 300.000,00

$ 315.000,00

$ 330.750,00

$ 347.287,50

$ 364.651,88

Rodamiento para enviar a mensajero con los multímetros a calibrar.

$ 20.000,00

$ 21.000,00

$ 22.050,00

$ 23.152,50

$ 24.310,13

Consto total anual para mantener en perfecto estado los multímetros Fluke serie 80

$ 9.513.030,00

$ 2.305.586,00

$ 2.420.865,00

$ 2.541.908,25

$ 2.669.003,66

VNP

$ 19.450.392,91 Tabla 16 Costos con Dispositivo de diagnóstico por cinco años (Autores, 2013)

128

CONCLUSIONES

Un diseño en ingeniería requiere realizar un proceso ordenado y metódico que permita tener claridad en el problema planteado o necesidad hallada, mediante la aplicación de diversas técnicas, metodologías y principios científicos, definir un dispositivo o un sistema con el suficiente detalle para permitir su realización cumpliendo con las especificaciones de diseño basadas en estándares nacionales e internacionales.

En este documento, se esbozan, de manera abreviada, las fases de diseño que permitieron dar solución a la necesidad presentada por una empresa nacional que representa firmas internacionales.

El diseño propuesto para el diagnóstico de Multímetros Fluke 80 en la empresa Makser Ltda., aportará al mejoramiento continuo en términos de la calidad en la organización, toda vez que su implementación incrementa la confiabilidad de los instrumentos de medición.

129

RECONOCIMIENTOS

Los autores de este documento agradecen a la empresa Makser Ltda., por su valioso apoyo, sin el cual no hubiese sido posible la realización de éste proyecto. El complemento perfecto de la formación como ingenieros ha sido, en este caso, la posibilidad de interactuar con empresas

nacionales e

internacionales y aportar con los conocimientos que genera la universidad.

Como un valor adicional, el trabajo realizado permitió

a los autores ser

invitados por CIIMA, a participar en la modalidad de poster en el Segundo congreso Internacional de Ingenieria Mecatronica y automatización el cual se realizó en la ciudad de Bogotá entre el 23 y el 25 de octubre del 2013, actividad que enriquece a los autores, al programa de Ingeniería Mecatrónica y a la Uniagraria.

130

BIBLIOGRAFÍA Budynas-Nisbett. (2012). Diseño en ingenieria mecánica de Shygley. Mc Graw hill.

Escuela Para Electricistas. (15 de febrero de 2012). Apuntes de Electricidad.

Interpretación de los estándares IEC y NEMA. Recuperado el 11 de Octubre

de

2012,

de

http://escuelaparaelectricistas.blogspot.com/2012/02/interpretacion-delos-estandares-iec.html Fluke. (07 de 06 de 2013). Fluke. Recuperado el 10 de 06 de 2013, de http://www.fluke.com/fluke/coes/about/perfil-corporativo/default.htm Gonzales Garcia V, J. a. (2013). Analisis del proceso de diseño en ingenieria y estudios de estrategias metodologicas para su enseñanza.

Recuperado el 25 de agosto de 2013, de www.itescam.edu.mx Hoffman Enclosures Inc. (2013). Hoffmanonline. Recuperado el 07 de 07 de 2012, de http://mx.hoffmanonline.com/literature/index.aspx?cat_1=51 ICM. (2005 -2013). Ingenieria de Calidad y Metrologia. Obtenido de http://www.icm-calidad.com/Articulos/metrologia/multimetros ICONTEC Instituto Colombiano de Normas Técnicas y certificación. (2002).

Código electrico Colombiano NTC 2050. ICONTEC. Icontec internacional. (2008). Principios para el diseño Ergonómico de Sistemas de Trabajo NTC 5655. bogota: ICONTEC. ICONTEC Internacional. (2013). ICONTEC Internacional. Recuperado el 26 de Marzo de 2013, de www.icontec.org

131

La Campana. (08 de 01 de 2013). lacampana.co. Recuperado el 05 de 05 de 2013, de http://www.lacampana.co/suministro-construccion/14/anguloestructural.html Makser Ltda. (06 de Junio de 2013). Makser Ltda. Recuperado el 06 de Junio de 2013, de http://www.makserweb.com/main-pagina-id-2.htm Manchado, E. F. (2004). Dieseño y aplicacion de sistemas de reticulas en la realizacion de proyectos de sedarrolo de producto . XVI Congreso Internacional de Ingenieria Gráfica. Zaragoza.

Mason. J., B. L. (1989). Pensar Matemáticamente. Bacelona: Labor.

Ministerio de minas y energia. (20 de Enero de 2012). Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas. Recuperado el 11 de octubre de 2012, de http://www.minminas.gov.co/minminas/index.jsp?cargaHome=3&id_cat egoria=44&id_subcategoria=195 Moth, L. (2006). Diseño de Máquinas. En L. Moth, Diseño de Máquinas (pág.

9). Mexico: Mc Graw Hill.

Nortón, R. L. (1999). Diseño de maquinas. Mexico: pearson educación.

Pasteau, J. (07 de 07 de 2012). Ingeborda biblioteca. Recuperado el 05 de 01

de

2013,

de

http://www.ingeborda.com/biblioteca/Biblioteca%20Internet/Catalogos %20de%20Fabricantes/Materiales%20Electricos/Schneider/Cuaderno s%20Tecnicos%20CT/CT166-02.pdf Polya, G. (1981). Como planear y resolver problemas. Mexico: Trillas.

Real academia española. (s.f.). Diccionario de la lengua española.

Recuperado el 17 de noviembre de 2012, de lema.rae.es/drae/

132

Siemens.

(2013).

eb.automation.siemens.com.

Obtenido

de

https://eb.automation.siemens.com/mall/es/WW/Catalog/Products/822 0125 Sistema de Informacion Sobre Comercio Exterior OEA. SEDI.DDECT. (01 de 2013). Directrices para la elaboracion Adopción y Aplicación de Reglamentos Técnicos en los Paises Miembros de la comunidad Andina. Recuperado el marzo de 2013 Sistema de Informacion sobre Comercio Exterior OEA. SEDI:DDECT. (2013).

Directrices para Elaboracion Adopción y Aplicación de reglamentos tecnicos en los Países Miembros de la comunidad Andina.

Recuperado

el

26

de

Marzo

de

2013,

de

www.sice.oas.org/trade/junac/Decisiones/Dec562s.asp Slideshare.

(2012).

slideshare.net.

Obtenido

de

Manual

Soldadura.:

http://www.slideshare.net/saulolm/manual-soldadura-catalogo-deelectrodos-jose-aller SNM. (18 de mayo de 2012). Servicio Nacional de Metrologia. Indecopi.

133

Anexo 01. Glosario.

134

Anexo 02. Planos mec谩nicos de construcci贸n.

135

Anexo 03. Manual de instrucciones sobre el uso de su dispositivo de diagn贸stico para mult铆metros digitales Fluke serie 80

136

Anexo 04. Participaci贸n II Congreso internacional de ingenier铆a macarr贸nica y automatizaci贸n.

137

Anexo 05. Cálculos estructurales del dispositivo de diagnóstico para multímetros digitales Fluke serie 80.

138