Normativida Actuador de Puerta

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LEÓN

Ingeniería Electrónica

Normatividad

PROYECTO FINAL

“Proceso normativo para actuador de puerta para ambientes inteligentes”

Presenta:

Medina Muñoz Samantha

Con la asesoría de:

M.A. Ruiz Palacio Silvia

Guadalupe.

León, Guanajuato a 23 de Mayo de 2014.

Normatividad | Mayo 2014

2 | P á g i n a

ÍNDICE

Tema Página

1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 3

2. OBJETIVO ................................................................................................................... 4

2.1. Objetivo general ....................................................................................................... 4

2.2. Objetivo específico .................................................................................................. 4

3. ALCANCE DEL PROYECTO ...................................................................................... 5

4. RIESGOS DEL PROYECTO ........................................................................................ 6

5. RECURSOS ................................................................................................................ 8

5.1. Humanos ................................................................................................................... 7

5.2. Materiales ................................................................................................................. 8

5.3. Infraestructura ......................................................................................................... 9

5.4. Financieros ............................................................................................................. 11

6. CONTROL DE CALIDAD .......................................................................................... 14

6.1. Sistema de calidad ................................................................................................ 14

6.2. Normatividad .......................................................................................................... 20

6.2.1. Revisión de las características de los abrepuertas comerciales .................................. 20

6.2.2. Revisión de normas internacionales para este tipo de dispositivos ............................ 20

6.2.3. Especificaciones de la puerta .......................................................................................... 21

6.2.4. Medición del torque necesario para abrir la puerta ....................................................... 21

6.2.5. Diseño y construcción del sistema de abrepuertas ....................................................... 23

6.2.6. Montaje e instalación ........................................................................................................ 29

7. PROYECCIÓN ........................................................................................................... 32

7.1. Mediano plazo (5-10 años) .................................................................................... 32

8. CONCLUSIONES ...................................................................................................... 33

9. BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 34

10. APÉNDICES O ANEXOS .......................................................................................... 35


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1. INTRODUCCIÓN

En México, los abrepuertas automáticos para vivienda son de origen

extranjero, lo cual eleva su costo y dificulta su adquisición, instalación y

mantenimiento, además, sus características de operación no se adaptan a la

forma de vida en este país. Los temas que se involucran en este proyecto varían

en cuanto a las diferentes aéreas de la ingeniería, un tema tratado es la mecánica

esta importante rama de la ingeniería es utilizada para construir un mecanismo

que sea capaz de adaptarse a las condiciones de una puerta en específico; las

puertas como se conocen varían en cuanto la abertura de esta, teniendo este

detalle en consideración la puerta tratada abrirá noventa grados, gracias a los

modernos avances de la tecnología es posible simular un mecanismo mediante

software, la simulación ahorra gastos en cuanto a prueba y error de la

construcción del mecanismo. El siguiente tema es la electrónica; un sistema

electrónico controlara el mecanismo, como mecanismo un motor que controlará la

apertura de la puerta.

Este proyecto está basado en el diseño y elaboración de un mecanismo para

una puerta abatible de una hoja, controlada por medio de un microcontrolador.

Este abrepuertas automático es instalado en la puerta que se encuentra en el Aula

de Inteligencia Artificial de nuestra institución, dada la necesidad de hacer

complemento con el ambiente inteligente que se está desarrollando en el edificio

de Posgrado en donde ya se implementó el actuador de ventana, actuador de

persiana, actuador seguro, entre otros. Dicho proyecto implementa 3 modos de

empleo de la puerta: Automático, Semiautomático y Manual. Cada estado

funcionará de forma transparente, es decir, no habrá una forma de seleccionar

entre un modo u otro, por lo que el usuario podrá abrir o cerrar la puerta como él

desee, independientemente del estado en el que se encuentre el sistema y

utilizando de sensores de proximidad cuidando no lastimar al usuario.


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2. OBJETIVOS

2.1. Objetivo general

Llevar a cabo el proceso normativo del proyecto “Actuador de puerta para

ambientes inteligentes” respecto todo el desarrollo y control de calidad al controlar

la apertura y cierre de una puerta ya sea parcial o total, tomar como prioridad la

seguridad y satisfacción del cliente final.

Utilizar un micro controlador para el control manual y semiautomático de la

apertura y cierre de una de una puerta en particular; censando distancias con

respecto a personas y obstáculos que se presenten a una cierta distancia

especificada por el diseñador, censando posición de la puerta con respecto a la

apertura de esta para el control en caso de una ausencia de energía eléctrica.

2.2. Objetivos específicos

Realizar una investigación sobre los abrepuertas existentes en el mercado

nacional e internacional, haciendo la respectiva innovación y mejora sobre

el diseño de nuestro sistema.

Realizar un diseño mecánico de fácil instalación y manejo tanto para el

diseñador como para el usuario final.

Diseñar un controlador con el que el abrepuertas opere en modo

automático y modo manual de forma transparente.

Desarrollar un sistema de sensado que brinde seguridad al usuario

mientras haga uso del abrepuertas, así como también protección eléctrica

al sistema.

Identificar todos los recursos necesarios para llevar a cabo el correcto

desarrollo del proyecto

Llevar a cabo el proceso normativo respecto al desarrollo del proyecto.


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3. ALCANCE DEL PROYECTO

El alcance de este proyecto es el diseño y construcción del mecanismo para la

automatización de una puerta, funcionando en distintos modos de operación,

automático, semiautomático y manual. De los cuales, como primera etapa

solamente se desarrollarán dos modos de operación, manual y semiautomático.

El sistema será controlado por medio de un microcontrolador programado en la

plataforma de Arduino, y estará conectado a una botonera para el control

semiautomático de la puerta. Se implementará un sistema de sensores con los

que se determinen la posición de la puerta, para que pueda ser utilizado en modo

manual. Así como también se pretende brindar seguridad al usuario final,

detectando su posición con sensores de proximidad para evitar lastimarlo. Más

adelante se explicara con detalle el funcionamiento del actuador.

El presente proyecto está planeado para cumplir con todos los objetivos en una

plazo no más de un año, más adelante se define todo lo que se logrará a lo largo

del desarrollo del actuador de puerta, se pretende definir a detalle tanto el diseño

así como también los costos de producción para la realización de un sistema

funcional.


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4. RIESGOS DEL PROYECTO

El proyecto implica una puerta en específico, en este punto es importante

resaltar que el proyecto tiene características únicas para mover una puerta

específica. Aunque existen ciertos riesgos que podrían presentarse por mal uso,

mala instalación y/o falta de conocimiento respecto al diseño y manejo de la

puerta, todos estos posibles riesgos se muestran en la Tabla 4.1.

AREA SUBAREA CONCEPTO

Planeación Planeación

Investigación muy superficial

Mala organización del personal

Cálculos incorrectos por mal concepto

Diseño

Mecánico Falla del equipo de computo

Diseño no funcional del mecanismo

De Software Mala lógica de programación

Falla del microcontrolador debido al mal estado

Electrónico

Mala elaboración de la placa impresa

Determinación de los elementos electrónicos

Etapa de potencia del motor

Fuente de alimentación para el sistema

Fabricación e instalación

Mecanismo

Problemas mecánicos por mal montaje y mal diseño

Selección del motor que no cumpla las especificaciones

Poca durabilidad mecánica

Controlador

Mala selección de los elementos primarios

Etapa de potencia que no cumpla las especificaciones

Componentes de precio elevado

Sistema de sensado

Sensores en mal estado

Obstrucción de objetos

Instalación incorrecta, malas conexiones

Alimentación

Sobrecarga que genere corto circuito

Daños al instalador por no usar el equipo necesario

No contar con la protección necesaria ante apagones de electricidad

Uso y manejo Uso y manejo

Mal manejo de la puerta

Forzar la puerta y produzca daños al sistema

Daños al usuario por arrollamiento o aplastamiento

Sobrecarga del motor debido a mal uso

Tabla 4.1. Riesgos del proyecto por áreas específicas.


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5. RECURSOS

5.1. Humanos

En la siguiente tabla (Tabla 5.1.) se muestra las personas involucradas en la

realización de este proyecto así como la función de cada uno.

MIEMBRO ENCARGADO AREA FUNCIONES

Fonseca Ramírez Fernando Área de

Compra/Venta Mercadotecnia

Desarrollo de presentaciones y promoción del proyecto ante inversionistas, congresos y personas interesadas en el proyecto.

Medina Muñoz Samantha Programación Encargado de la revisión de requisitos de la programación del Arduino del sistema del actuador de puerta.

Olvera Cano Luis Javier Diseño Mecánico

Responsable de la realización de diseño y cálculo de los componentes necesarios, así como la distribución de los mismos para su adecuado funcionamiento del mecanismo.

Velázquez Reyes Alejandra Diseño electrónico Responsable del diseño del controlador, la placa impresa y supervisar su correcto funcionamiento e implementación.

Saldaña Navarro Joselin Control de

producción y Mantenimiento

Encargado de llevar el seguimiento y coordinación del proceso de producción del actuador de puerta, que se esté llevando a cabo correctamente. Solucionar las anomalías que se presenten en el proceso.

Alvarado Segura Francisco Control Legal

Responsable de que el proyecto cumpla con la normativa vigente que le compete, así como de vigilar que los sistemas de seguridad garanticen un adecuado funcionamiento.

Ruiz Rivera Oscar Finanzas / Calidad

Manejo de recursos económicos, así como elaboración de presupuestos y elección de materiales que se adecuen al diseño final, para garantizar la calidad de los mismos.

Tabla 5.1. Recursos humanos y función de cada miembro.


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Dentro del desarrollo del proyecto la función de cada miembro es un punto clave

para llevar a cabo exitosamente el producto final, para ello es necesario contar con

el personal adecuado para cumplir todos los objetivos del proyecto.

5.2. Materiales

El desarrollo y diseño del proyecto involucra la fabricación e implementación de los

elementos principales que componen el mecanismo para la automatización de la

puerta.

A continuación, en la Tabla 5.2., se muestran los recursos materiales necesarios

para el desarrollo este proyecto haciendo una clasificación específica de los

elementos según su utilización.

AREA SUBAREA CONCEPTO


Investigación respecto a proyectos similares existentes

Realización de los cálculos necesarios para la selección del motor

Realización de los cálculos necesarios para el diseño mecánico

Determinación de los parámetros del sistema de sensores

Diseño

Mecánico

Equipo de cómputo

Software de diseño asistido por computadora

Conceptualización del diseño

Determinación de los elementos mecánicos

De Software

Arduino Mega 2850

Equipo de cómputo

Plataforma de programación (Arduino)

Electrónico

Software de diseño de PCB para placa impresa


Etapa de potencia del motor

Fuente de alimentación para el sistema

Fabricación

Mecanismo

Piezas varias de aluminio

Tornillos, tuercas, rondanas, etc.

Motor de DC con reductor

Maquila en torno

Controlador

Arduino Mega 2850

Puente H LM298

Resistencias, push buttons, potenciómetros, etc.


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Cajas de proyectos

Cable UTP

Cables para Arduino

Diodos

Sistema de sensado

Clemas

Sensores Ultrasónicos

Switch de caída

Potenciómetro de posición

Alimentación

Transformador

Regulador

Resistencias varias, capacitores, etc.

Puente de diodos

Instalación Montaje

Cable y clavija

Caja metálica

Puerta

Taladro


Abrazaderas

Ángulos

Canaleta

Taladro

Brocas de varios calibres

Termofit

Aerosol

Tornillos, tuercas, rondanas, pijas, taquetes, etc. Tabla 5.2. Recursos materiales del proyecto

5.3. Infraestructura

Un aspecto muy importante para el desarrollo de este proyecto, es contar con los

espacios necesarios de trabajo, para que el proceso de producción sea eficiente,

cumpliendo con la normativa vigente, para asegurar al cliente que el producto

contará con los estándares de calidad señalados.

La elección de la localización que será determinada de acuerdo a las necesidades

requeridas de acuerdo al giro de nuestra empresa y en este caso proyecto a


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desarrollar, tomando en cuenta la ubicación esencial de acuerdo a la facilidad de

suministros básicos, paqueterías, posibilidades de ampliación etc.

De acuerdo a las necesidades que se necesitan para llevar a cabo un proyecto de

automatización, seleccionando algunas zonas en la ciudad económicas las cuales

no necesitan ser netamente industrialización ya que es un proyecto que no

requiere las más grandes instalaciones como por ejemplo algún espacio en

polígono industrial localizado a las afueras de la ciudad de león o hasta un lugar

más céntrico, beneficios de hacer este tipo de proyectos. De acuerdo a las

necesidades requeridas para hacer el desarrollo de proyectos como este se

necesita una zona pequeña, no muy extensa en la cual pueda tener un área de

diseño electrónico, otra de diseño mecánico pequeña, entre otras más.

En la Tabla 5.3. se definen las áreas y departamentos con los que contaría la

empresa.

AREA DEPARTAMENTO FUNCION

Oficinas Administrativas

Compra/Venta Marketing

Se encarga de la busca de proveedores para la compra de materia prima, así como también tiene como función convencer al cliente de que nuestro producto es la mejor opción en el mercado.

Control de finanzas En esta área se controlan los costos y gastos de la empresa.

Control Legal Busca que la empresa este al margen, teniendo toda la documentación de la empresa en regla.

Recursos Humanos

Este departamento se encarga de hacer las contrataciones de los empleados, buscando personal capacitado que se adecue con las necesidades de la empresa.

Recepción/mostrador Este departamento se encarga de la atención al cliente y proveedores de nuestra empresa

Almacén Materias primas Es donde se encuentran todos los recursos materiales necesarios para el desarrollo del Actuador de puerta.


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Desarrollo

Diseño

Se encarga de hacer el desarrollo conceptual del producto, realizando mejoras al producto ya existente. Tanto en la parte mecánica como el parte electrónica

Producción y manufactura

Se encarga de llevar a cabo el proceso de fabricación del producto con la maquinaria necesaria para realizarlo, haciendo la integración de todos los elementos fabricados para llegar al producto final

control de calidad

Este departamento es el encargado de verificar y hacer pruebas al producto final para aprobar que funcione correctamente y contenga las especificaciones deseadas.

Mantenimiento Mantenimiento y limpieza

Proporciona servicios de mantenimiento a los equipos de la planta ya sean correctivos o preventivos, así como también se encarga de mantener limpia todas las áreas de trabajo

Tabla 5.3. Desglose de las distintas áreas de trabajo y su función.

5.4. Financieros

En la actualidad muchas de las piezas mecánicas son muy baratas en particular el

aluminio ya que es un metal muy común, si bien el costo de un artefacto de esta

índole es relativamente muy económico, el microcontrolador es un dispositivo muy

económico puesto que los sensores, botones y sistemas que es controlado son

pocos, un micro controlador no muy versátil realiza la tarea necesaria sin sobre

pasar los límites y tiene la capacidad de ser usado en la industria.

Aunque se busca el apoyo de inversionistas para tener un capital con el cual

contar para el desarrollo del proyecto en masa. En la tabla 5.4. se muestra una

cotización del para la fabricación de un prototipo funcional.


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AREA SUBAREA CONCEPTO UNIDAD CANTIDAD P/U PRECIO


Investigación respecto a proyectos similares existentes

horas 5 $70.00 $350.00

Realización de los cálculos necesarios para la selección del motor

horas 2 $70.00 $140.00

Realización de los cálculos necesarios para el diseño mecánico

horas 5 $70.00 $350.00

Determinación de los parámetros del sistema de sensores

horas 2 $70.00 $140.00

Diseño

Mecánico

Software de diseño asistido por computadora

Licencia 1 gratis $0.00

Conceptualización y realización del diseño

horas 6 $160.00 $960.00

Determinación de los elementos mecánicos

horas 2 $70.00 $140.00

Software

Diseño del código del programa del controlador

Horas 20 $160.00 $3,200.00

Plataforma de programación (Arduino)


Electrónico

Software de diseño de PCB para placa impresa



horas 1 $70.00 $70.00

Diseño de la etapa de potencia del motor

horas 2 $160.00 $320.00

Fuente de alimentación para el sistema (CFE)

kW/hr 65 $12.49 $811.85

Fabricación

Mecanismo

Piezas varias de aluminio kg 0.44 $92.10 $40.52


pieza 50 $0.40 $20.00

Motor de DC con reductor pieza 1 $120.00 $120.00

Maquila en torno trabajo 1 $150.00 $150.00

Controlador

Arduino Mega 2850 pieza 1 $500.00 $500.00

Puente H LM298 pieza 1 $64.00 $64.00

Resistencias varias pieza 10 $0.30 $3.00

Push button pieza 2 $13.00 $26.00

Potenciómetro de la botonera

pieza 1 $15.00 $15.00

Capacitores pieza 2 $5.00 $10.00


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Cajas de proyectos pieza 2 $45.00 $90.00

Cable UTP metro 6 $10.00 $60.00

Cables para Arduino pieza 20 $2.00 $40.00

Pines pieza 4 $7.00 $28.00

Diodos pieza 4 $1.00 $4.00

Sensores

Clemas pieza 3 $6.00 $18.00

Sensores Ultrasónicos pieza 2 $90.00 $180.00

Switches de caída pieza 2 $15.00 $30.00

Potenciómetro de posición

pieza 1 $15.00 $15.00

Alimentación

Transformador pieza 1 $80.00 $80.00

Regulador pieza 1 $13.00 $13.00

Resistencias varias pieza 5 $0.30 $1.50

Puente de diodos pieza 1 $15.00 $15.00

Instalación Montaje

Cable 3 hilos metro 7 $10.00 $70.00

Caja metálica pieza 1 $36.00 $36.00

Tornillos, tuercas, rondanas, pijas, taquetes, etc.

pieza 200 $0.40 $80.00

Abrazaderas pieza 3 $6.00 $18.00

Ángulos pieza 2 $9.00 $18.00

Canaleta metro 5 $9.00 $45.00

Brocas de varios calibres pieza 5 $12.00 $60.00

Termofit metro 3 $7.00 $21.00

Aerosol pieza 1 $50.00 $50.00

TOTAL $8,402.87 Tabla 5.4. Cotización del Actuador de puerta


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6. CONTROLES DE CALIDAD

6.1. Sistema de calidad

ALCANCE DEL SISTEMA DE GESTIÓN DE CALIDAD

Diseñar e implementar un actuador de puerta automático en las instalaciones del

edificio de posgrados del Instituto Tecnológico de León, el cual sea capaz de abrir

y cerrar de forma completa y/o parcial, de manera automática y

semiautomáticamente de una puerta.

OBJETIVOS DE LA CALIDAD

Evaluar continuamente la satisfacción del cliente y buscar las necesidades a

cubrir.

(Ver Proyección)

Asegurar que el personal de producción este correctamente capacitado para

garantizar la calidad en la elaboración de papel. Lograr el mejor de

aprovechamiento de materia prima, a fin de evitar mermas y gastos innecesarios

de recursos.

RESPONSABILIDAD Y AUTORIDAD

La organización ha definido las responsabilidades del sistema integrado que tiene

cada puesto de trabajo. (Ver Tabla 5.1)

ENFOQUE AL CLIENTE

El primer principio en el que se basan los sistemas de gestión de la calidad

basados en ISO 9001 es el “enfoque al cliente”

La razón de ser de cualquier empresa es elaborar productos o prestar servicios

para sus clientes actuales y potenciales, reportando esta actividad un beneficio

económico para la organización.


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Los Beneficios que se obtienen al manejar un buen enfoque al cliente son

los siguientes:

1. Aumento de los beneficios económicos y de la cuota de mercado. La

empresa puede identificar y adaptarse rápidamente a los cambios de los

mercados.

2. Aumento de la eficacia de las acciones emprendidas para mejorar la

satisfacción del cliente. Las acciones a realizar estarán basadas en datos

reales y fiables (estudios de mercado y análisis de satisfacción), evitando

así esfuerzos sin la recompensa esperada.

3. Aumento de la fidelidad del cliente. El cliente confiará en la empresa porque

ésta conoce sus expectativas y es capaz de mantener un mismo nivel de

calidad (producto, plazo de entrega, atención comercial, servicio técnico,

etc.).


16 | P á g i n a

LIDERAZGO

Según la Real Academia Española, “líder” es la persona a la que un grupo

reconoce como jefe u orientadora. El liderazgo de una persona debe estar basado

en su comportamiento y compromiso, su finalidad es dirigir e influir positivamente

en el comportamiento de los demás para la consecución de unos determinados

objetivos.

El liderazgo nos va a implicar los siguientes puntos:

1. Disponer de un compromiso serio y constante con la calidad y la

satisfacción del cliente por parte de la alta dirección,

2. Tener en cuenta las necesidades de todas las partes interesadas o grupos

de interés de la empresa (clientes, propietarios, empleados, proveedores y

sociedad). Este análisis de necesidades es clave para la determinación de

las acciones y objetivos a desarrollar.

3. Establecer una clara visión del futuro de la empresa.

4. Establecer objetivos y metas desafiantes para todos los empleados de la

organización.

5. Crear y mantener valores compartidos, imparcialidad y modelos éticos de

comportamiento en todos los niveles de la organización.

6. Crear confianza y eliminar temores.

7. Proporcionar al personal los recursos necesarios, la formación y la libertad

para actuar con responsabilidad y autoridad.

8. Inspirar, animar y reconocer las contribuciones de todas las personas de la

organización.


17 | P á g i n a

PARTICIPACIÓN DEL PERSONAL

En relación a los recursos humanos, la norma contiene dos requisitos

fundamentales, la definición y comunicación de las responsabilidades de cada

puesto de trabajo y el aseguramiento de la competencia de todos los empleados

para el desarrollo de las actividades encomendadas. Al mismo tiempo, la

implicación del personal en el desarrollo, implementación y mantenimiento del

sistema se convierte en un factor clave para el éxito en el cumplimiento de los

objetivos de la organización.

Lo que obtengo al tener la participación de mi personal es lo siguiente:

1. Un personal motivado, involucrado y comprometido dentro de la empresa.

2. Aumento de la capacidad de innovación y creatividad para la definición de

los objetivos de la organización.

3. Un personal valorado por su trabajo en base a las evaluaciones periódicas.

4. Un personal deseoso de participar y contribuir a la mejora continua.

ENFOQUE A PROCESOS

Cada uno de los procesos puede definirse como el conjunto de actividades o

etapas sucesivas encaminadas a la consecución de un objetivo, como ejemplo de

procesos podemos hablar de: proceso de relación comercial, proceso de compras,

proceso de gestión de recursos humanos, etc.

La definición de un proceso, para su posterior gestión, implica las siguientes

etapas:


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2. Definición del objetivo del proceso. Por ejemplo: conseguir relaciones

comerciales, proporcionar materias primas de calidad o disponer de personal

competente para el desarrollo de las tareas.

3. Definición de las etapas o actividades que componen el proceso.

4. Definición de las responsabilidades y recursos necesarios para cada una de las

etapas del proceso.

5. Definición de verificaciones y toma de datos a realizar para el posterior análisis

de indiciadores de desempeño del proceso.

El “enfoque a procesos” consiste en dividir el sistema en procesos, conocer y

gestionar las relaciones existentes entre ellos y decidir y emprender mejoras

individuales para cada uno de los procesos.

ENFOQUE DE SISTEMA PARA LA GESTION

Un sistema de gestión es un conjunto de procesos que relacionados entre sí

ordenadamente contribuyen a un determinado objetivo. El objetivo de los sistemas

de calidad en aumentar la satisfacción de los clientes.

Los procesos de una organización son como las piezas de un puzle, cada pieza

debe estar ubicada en su lugar y debe integrarse con el resto para conseguir el

objetivo final, la obtención de una imagen nítida empleando todas las piezas.

MEJORA CONTINUA

La existencia de unos mercados saturados en los que la competencia es feroz,

unida a las exigencias crecientes de los clientes, obliga a las empresas a mejorar

continuamente sus procesos, productos y/o servicios. La mejora continua se

convierte en una necesidad para la sostenibilidad de los negocios.

La necesidad de esta mejora continua puede considerarse en tres niveles:


19 | P á g i n a

1. Mejoras en el propio producto o servicio que se adapten a las necesidades de

los clientes

2. Mejoras en cada uno de los procesos (ventas, compras, fabricación, almacén,

etc.)

3. Mejoras en el desempeño del sistema en términos generales que implican la

eficacia y eficiencia en el cumplimiento de la política y los objetivos de la

organización.

RELACIONES CON PROVEEDORES BASADAS EN EL BENEFICIO MUTUO

La calidad de muchas empresas depende en gran medida de la calidad de los

productos y servicios aportados por sus proveedores y/o subcontratistas. Esta

dependencia hace necesario que se establezca una relación que permita la mejora

continua sostenible tanto de la empresa cliente como del proveedor.

http://3.bp.blogspot.com/_EcVkxHujuKQ/SktXi3aGuzI/AAAAAAAAALY/FbNNyibFAWY/s1600-h/mejora+continua+2.jpg


20 | P á g i n a

6.2. Normatividad

La metodología seguida para el diseño, construcción y normalización del sistema

para puertas automáticas, se describe a continuación:

6.2.1. Revisión de las características de los abrepuertas comerciales.

Con la finalidad de llegar a un diseño que no se encuentre dentro del mercado,

buscando la innovación y una óptima aplicación tecnológica del proyecto. Se

analizaron abrepuertas comerciales de distintas marcas, por ejemplo, Power

Access, Besam Electra, Open Sesame, etc., con la finalidad de conocer lo que ya

existe en el mercado, tanto nacional como internacional. Así como también se

revisó el catálogo de WIPO, para revisar las patentes existentes dentro de la

categoría de puertas automatizadas.

6.2.2. Revisión de normas internacionales para este tipo de dispositivos.

Se hizo una investigación sobre las normas que se acoplen al proyecto tanto

normas nacionales como internacionales, las normas con las que cumple el

proyecto, se mencionan a continuación:

La norma internacional ANSI/BHMA 156.19. (“American National Standard

for Power Assist and Low Energy Power Operated Doors”) para conocer

los requerimientos de los abrepuertas automáticos.

La Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012 para Instalaciones

Eléctricas, para seguir los requerimientos de seguridad eléctrica.

La Norma Europea EN 13241-1 para Puertas y portones eléctricos.

La Norma Europea EN 12453 para la seguridad de la instalación y el uso de

puertas motorizadas.

(Ver Anexos)

Más adelante se especifica la aplicación de las normas durante el desarrollo del

proyecto.


21 | P á g i n a

6.2.3. Especificaciones de la puerta.

La puerta de este proyecto es la puerta del Aula de Inteligencia Artificial de

dimensiones de 2.00m x 0.82m, abatible de 0-90° cuyas características son centro

de madera y marco de aluminio cuyo peso es aproximadamente 15kg como se

muestra en la Figura 6.1.

Figura 6.1. Puerta simulada.

Sustituyendo los valores de la puerta en la ecuación de T, obtenemos que el

tiempo mínimo de apertura y cierre, es de 4 seg para satisfacer la norma

ANSI/BHMA 156.19.

6.2.4. Medición del torque necesario para abrir la puerta

El torque máximo necesario para abrir y cerrar una puerta de 15 kg, con la

cerradura de la puerta instalada, tomando como referencia la bisagra de la puerta,

fue de 9.5 Nm. El valor del torque fue máximo al momento de cerrar

completamente la puerta debido a la fuerza necesaria para vencer la cerradura. La

mayor diferencia entre los valores de torque para los diferentes pesos de puertas

fue de 1.5 Nm. La velocidad de giro del actuador del mecanismo, para satisfacer la

norma ANSI 156.19, es de 5 rpm desde los 90º hasta los 10º y de 2 rpm en los

últimos 10º de cierre.


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Esta norma indica las especificaciones de velocidad angular y fuerza para puertas

giratorias de bisagra lateral de diferentes tamaños y pesos, indica el tiempo

mínimo que debe permanecer la puerta completamente abierta antes de volver a

cerrar, así como las variaciones permitidas de estas especificaciones, después de

los ciclos de prueba.

La norma ANSI/BHMA 156.19 especifica que el tiempo mínimo de apertura desde

los 0 grados hasta los 80 grados, o bien, el tiempo mínimo de cierre desde los 90

grados hasta los 10 grados, estos parámetros dependen del ancho y peso de la

puerta, y debe calcularse con la siguiente ecuación:

*

2260

Dx WT

Donde:

T = Tiempo de apertura o cierre (seg).

D = Ancho de la puerta (mm).

W = Peso de la puerta (kg).

Si el valor de T obtenido es menor a 3 segundos, debe tomarse 3 segundos como

mínimo. El tiempo de cierre desde los 10 hasta los 0 grados, no debe ser menor a

1.5 seg. La fuerza necesaria para detener la puerta en movimiento no debe ser

mayor a 67 N.

Para generar el movimiento se utiliza un motor eléctrico de corriente continua del

tipo imán permanente. Este tipo de motores producen alto torque inicial con poca

pérdida térmica, no hay peligro de descargas, tienen poca interferencia con radio o

televisión, tienen bajas velocidades y buena potencia por unidad de peso, ocupan

poco espacio y son fáciles de controlar. El motor seleccionado fue el motor CEM-

1205-1M de la marca MOLON. Este motor tiene las siguientes características:


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Voltaje de operación: 12 vdc

Torque a carga completa: 12 Nm

Velocidad a carga completa: 5 RPM

Corriente a carga completa: 1.4 amps

6.2.5. Diseño y construcción del sistema de abrepuertas.

DISEÑO MECÁNICO.

El mecanismo que se diseñó para este proyecto es un mecanismo deslizante de

una barra, un diseño realmente sencillo pero con la funcionalidad que requerimos

para el movimiento de la puerta.

El diseño del mecanismo contempló la selección del mecanismo, el cálculo de la

posición del eje del mecanismo y la selección del actuador del mecanismo. El

dispositivo se diseñó para abrir y cerrar la puerta de un peso aproximado de 15 kg

0.82m de ancho. Estos valores están determinados por la puerta de acceso del

aula.

Se analizó el mecanismo de dos barras, el mecanismo de actuador lineal y el

mecanismo deslizante, para identificar cuál de estos mecanismos era el más

recomendable para realizar las funciones de apertura y cierre de puertas. Estos

mecanismos se muestran en la Figura 6.2.

Figura 6.2. Tipos de mecanismos analizados


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El mecanismo seleccionado fue el mecanismo deslizante que se instala en el

marco de la puerta. Este mecanismo consta de una barra rectangular que,

mediante un movimiento circular, abre y cierra la puerta por medio de una

corredera, instalada en la parte superior de la puerta, en la que desliza por una

barra. La barra cuenta con un perno para el acople con el actuador, que constituye

el eje del mecanismo (Figura 6.3).

Figura 6.3. Mecanismo deslizante diseñado.

(1)perno, (2)barra, (3)eje del motor, (4)eje corredera, (5)corredera.

Este mecanismo presenta las siguientes ventajas:

Puede funcionar para puertas izquierdas o derechas que abren hacia el

interior haciendo pequeñas modificaciones.

Se instala en el marco de la puerta quedando el dispositivo y su cableado

juntos.

Requiere sólo de una corredera de fácil instalación

(canal de aluminio).

Bajo costo


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ETAPA DE POTENCIA.

Esta etapa del sistema es muy importante, ya que va a ser la etapa que nos

proporcione el control del motor, es decir, nos va a “traducir” la información de

nuestro centro de control / emisora, y va a proporcionar la señal adecuada para el

control del motor. Un aspecto muy importante a tener en cuenta en esta etapa es

la corriente que vamos a tener circulando por nuestro sistema.

Según el motor que se utilice deberemos de elegir un diseño u otro. Podemos

encontrar bastantes esquemas de control, pero todos se basan en la misma idea

pero ofreciendo características diferentes como por ejemplo la potencia máxima

que pueden soportar. Con la Norma Mexicana NOM-001-SEDE-2012 para

instalaciones eléctricas, buscamos el cumplimiento de la seguridad eléctrica

requerida, ya que al diseñar una etapa de potencia así, tenemos un mejor manejo

de la corriente requerida para el manejo del motor, al eliminar considerablemente

los picos que se generan y dañan al motor y principalmente al microcontrolador

cuando el sistema se encuentra en operación.

Se explicará la etapa de potencia para motores DC, ya que es la que se ha

utilizado en el diseño del mecanismo que veremos en el siguiente capítulo.

Podemos encontrar circuitos integrados que nos proporcionen todo lo necesario o

podemos optar por circuitos con componentes discretos.

Para conseguir variaciones de velocidad desde una unidad de control se utiliza

habitualmente una modulación por anchura de pulso (PWM). Dicha señal la

podemos generar desde un circuito integrado o lo más usual desde un

microcontrolador.

Este control nos lo puede proporcionar circuitos integrados como por ejemplo el

L298, uno de los más utilizados a la hora de controlar motores DC (Figura 6.4).

Este circuito integrado incluye dos puentes h. Se llama puente h, por la

configuración que forman los transistores.


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Figura 6.4. Controlador L298.

El modelo L298 soporta hasta un máximo de 4 A, esto puede ser un problema ya

que alcanzar ese consumo es relativamente fácil utilizando motores dc de cierto

tamaño.

Cuando necesitamos trabajar con corrientes importantes como es nuestro caso

(> 4 A) la mejor solución es realizar un circuito con componentes discretos. Esta

solución puede comportar ventajas pero a la vez algunos inconvenientes como por

ejemplo tener que diseñar todo el circuito específico, realizar un estudio más

exhaustivo de todos los componentes y asumir una probabilidad de fallo más alta

en algunos componentes.

SISTEMA DE SENSADO

Sensor de proximidad

Según la norma europea EN 13241-1, se establecen las especificaciones de

seguridad y rendimiento de todas las puertas y portones accionados manualmente

o por motor en el ámbito de uso industrial y doméstico previstas para la zona de

acceso de personas.

El objetivo fundamental de esta norma es la protección de las personas,

independientemente del tipo de puertas y portones.

Para nuestro caso, los sensores que se utilizaron para este proyecto son sensores

ultrasónicos con el fin de no lastimar a los usuarios, en caso de que el sistema


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esté en funcionamiento, éste desenergizará el motor si una persona se encuentra

a menos de 30cm de distancia de la puerta (Figura 6.6). La principal idea es que

no lastime a quien pretenda entrar o salir del aula y evitar daños al sistema en

caso de que el usuario opte por emplear el modo manual. Así como también, en la

Norma Europea EN 13241-1, cumplir las normas de seguridad eléctrica que se

establecen para los sistemas de puertas automáticas y así lograr un mayor tiempo

de vida del sistema.

Figura 6.5. Sensor montado e instalado en la puerta.

Sensor de posición.

El sensor utilizado para detectar la posición empleamos un potenciómetro

acoplado a la flecha del motor. Por medio de un convertidor analógico- digital, el

Arduino lee el valor del potenciómetro y así obtener la posición en la que se

encuentra la puerta, principalmente cuando se esté utilizando en modo manual.

Figura 6.6. Potenciómetro como sensor de posición.


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Una ventaja es que cuando esté totalmente desenergizado el sistema, ya sea por

ausencia de luz eléctrica o porque se desconectó, el sensor seguirá detectando la

posición de la puerta y cuando se reinicie el sistema, la lectura de este sensor será

la principal prioridad de nuestro controlador.

DISEÑO DE LAS FUNCIONES DEL SISTEMA

Modo manual.

En este caso el sistema puede ser maniobrado por el usuario, sin problema alguno

de dañar el sistema, aun así éste se encuentre conectado a una fuente eléctrica,

cumpliendo uno de los requerimientos de la Norma Europea EN 13241-1, que el

sistema debe ser operado de forma manual y automática como mínimo.

Este modo de operación, se diseñó con la finalidad de tener la posibilidad de

operar el sistema cuando exista una caída de voltaje por parte de Comisión

Federal de Electricidad (CFE) y así el usuario pueda hacer uso regular de la

puerta y gracias al sensor de posición anteriormente mencionado, el sistema

estará registrando la posición actual en todo momento.

Modo semiautomático.

Este modo será controlado mediante una botonera que cuenta con dos botones,

uno para la apertura total y el otro para el cierre total hasta que tope con dos

switches ubicados en cada lado de la puerta para detectar la apertura o cierre total

de la puerta, así como también cuenta con una perilla para controlar la apertura o

cierre parcial de la puerta según el usuario desee, que van desde el 0° hasta los

90° (Figura 6.7.)


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Figura 6.7. Botonera

En la botonera se implementaron led´ s, con la finalidad de indicar si hay algún

objeto instruyendo la puerta o si se encuentra una persona cerca de la puerta

detectada por los sensores ultrasónicos, de esta manera los botones y la perilla

quedarán bloqueados en caso de que se presenten las situaciones mencionadas y

así descartar alguna anomalía en el sistema y así generar una protección al

sistema como nos mencionan en la normas de seguridad eléctrica de la Norma

Europea EN 13241-1.

DISEÑO DEL SOFTWARE

El algoritmo del sistema fue programado en la plataforma de Arduino que maneja

lenguaje Open Source. Se utilizaron varias etapas en el código, en las que se

tiene como prioridad la lectura del sensor de posición, ya que todo depende de

esto, y se lee mediante una entrada analógica para después convertirla a una

señal digital y poder trabajar sobre esos datos.

6.2.6. Montaje e instalación.

La norma EN 12453 especifica como medidas preventivas el aplicar una de las

siguientes o combinarlas:

Distancias de seguridad

Protección mecánica (envolventes, capotas, cercos, etc)


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Supresión de aristas cortantes y elementos prominentes.

Maniobrar la puerta en modo hombre presente.

Instalar dispositivos sensibles de protección.

Figura 6.9. Montaje del mecanismo.

Para puertas abatibles, que es similar a la puerta de nuestro sistema, debe estar

libre el angulo de apertura de la puerta, libre de objetos que puedan obstruir el

movimiento al abrir o cerrar la puerta, así como se muestra en la Figura 6.10.

Figura 6.10. Distancia de seguridad de la puerta.


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Así como también se incluyen los sensores de proximidad para evitar daños al

sistema, y no lastimar al usuario, se debe tener en cuenta la colocación en la

puerta de estos sensores, para que se cumpla el rango de detección de éstos.

Figura 6.11. Dimensiones y ángulos de detección del sensor ultrasónico.

Gracias a este sensor, se cumplen con varias medidas de seguridad establecidas

en la Norma Europea EN 12453 evita riesgos tales como:

Riesgos por impacto.

Riesgos por sobreesfuerzo del motor.

Riesgos de atrapamiento

Ya que cuando el sensor detecta a una persona a una distancia mínima de 30 cm,

el sistema se desenergizará totalmente para evitar golpear al usuario y evitar que

si se desea operar en modo manual no sobrecargue el motor cuando esté en

funcionamiento.


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7. PROYECCIÓN

7.1. Mediano plazo (5-10 años)

En un plazo de 5-10 años, se planea mejorar el diseño del Actuador de puerta

implementando una segunda etapa en la que se desarrollará el modo automático.

Se pretende desarrollar el proyecto como Innovación de Producto dentro del

Sector Salud, ya que existe un gran número de personas en sillas de ruedas que

dependen de otra persona para entrar y salir de su propia casa. La principal idea

es que el dispositivo construido cumpla con las preferencias de los usuarios de

sillas de ruedas en México, es decir, seguridad, fácil instalación y fácil operación.

Y así, eliminar todas aquellas limitaciones que existen al utilizar una puerta

convencional.

Se desarrollará un plan estratégico en busca de las necesidades de nuestros

clientes, haciendo los ajustes necesarios en cuanto a diseño y funcionalidad del

sistema para la mejora del proyecto. Cumplir el reto de facilitar el entorno de las

personas con capacidad y logren una autonomía personal para quienes tienen

dificultad de movilidad.

Buscar inversionistas para aportar recursos económicos para el desarrollo del

proyecto y apoyar a las asociaciones destinadas a las personas con discapacidad.

Verificar que el diseño y funcionabilidad, con nuevos elementos, se adapte a las

necesidades de las personas en sillas de ruedas, definir y comparar si las

acciones realizadas nos producen un valor agregado considerable al costo del

producto final.

De acuerdo con esto, se va a definir si las nuevas propuestas son convenientes

para implementarlas en el diseño del producto y realimentando nuevas propuestas

nos dirija a una mejora continua del sistema y ser reconocidos como empresa.


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8. CONCLUSIONES

El proyecto “Actuador de puerta para ambientes inteligentes” se llevó a cabo de

manera satisfactoria, cumpliendo los requerimientos especificados, aunque al

principio existieron complicaciones, ya que primero se había implementado un

diseño no funcional, se fue mejorando hasta tener el diseño que se encuentra

instalado actualmente en el Edificio de Posgrado del Campus 1.

Gracias a que se desarrolló el proceso normativo, ayudando al crecimiento del

proyecto, así como también el sistema de calidad para la mejora continua, sobre

todo para minimizar los riesgos y brindar seguridad y confiabilidad al usuario final.

Fue muy importante conocer todos los elementos que componen el proyecto para

tener bien definida la funcionalidad de cada uno de ellos y tener en cuenta que

todos son de suma importancia para comprender una organización. Y definir

también, los planes a futuro, para seguir trabajando en la mejora del proyecto y

optimizarlo en todos los aspectos.


34 | P á g i n a

9. BIBLIOGRAFÍAS

http://dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5280607&fecha=29/11/2012

http://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf?docId=WO2014065686&rec

Num=1&maxRec=3360&office=&prevFilter=&sortOption=Pub+Date+Desc&

queryString=FP%3A%28mechanic%29&tab=PCT+Biblio

http://www.sinergiasoluciones.com.mx/ES/AplicacionesYAsesoriaTecnica/N

ormatividad/NOM-001-SEDE-1999.pdf

http://www.sirma.es/Descargas/guia.pdf

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http://hederaconsultores.blogspot.mx/p/articulos-iso-9001.html

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http://hederaconsultores.blogspot.mx/p/articulos-iso-9001.html


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10. APÉNDICES O ANEXOS

10.1. Esquemas mecánicos

Piezas

Barra

Eje de la corredera

Corredera

Perno

Planos

Mecanismo.

Mecanismo montado.

10.2. Producto terminado

Galería de fotos

10.3. Normativas

Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012

ISO 9001

Normas europeas

Guía para la implantación de las normas europeas

American National Standard For Power Assist And Low Energy Power

Opera Ted Doors ANSI/BHMA 156.19

BHMA Standard at a Glance ANSI/BHMA 156.19

10.4. Hojas del Fabricante

Puente H L298

Sensor ultrasónico HC-SR04

Planos%20de%20fabricación/barra.PDF

Planos%20de%20fabricación/barra.PDF

Planos%20de%20fabricación/eje%20corredera.PDF

Planos%20de%20fabricación/corredera.PDF

Planos%20de%20fabricación/perno%20corredera.PDF

Planos%20de%20fabricación/mecanismo%20puerta.PDF

Planos%20de%20fabricación/montaje.PDF

Galería/Galeria%20de%20fotos.pdf

Normalización/NOM-001-SEDE-2012%20.pdf

Normalización/ISO-9001.pdf

Normalización/boletinlegislacion.pdf

Normalización/EN%2013241-1.pdf

Normalización/bhma.a156.19.2002.pdf

Normalización/bhma.a156.19.2002.pdf

Normalización/a156_19.pdf

Datasheets/L298_H_Bridge.pdf

Datasheets/HCSR04b.pdf

Normativida Actuador de Puerta

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