Proyecto Ejemplo (Diseño de una Cava)

Establecimiento de la necesidad

Se requiere diseñar una cava que mantenga el hielo por 8 horas en un día soleado en una playa venezolana


1) Funcionales
Aspectos generales del producto fabricado de forma, función y desempeño
a) Peso máximo 3.5 kg (Obligatorio)
b) Autonomía de operación Mantener el hielo por 8 horas (Obligatorio)
c) Tipo de alimentación Manual (Deseable)

2) Condiciones de ambiente y entorno
a) Temperatura Hasta 40°C (Deseable)
b) Humedad 85% (Deseable)
c) Cargas Una carga máxima de 90 latas más 2 bolsas de hielo (Obligatorio)
d) Sustancias corrosivas Salitre, agua de mar (Obligatorio)

3) Usuario
a) Consideraciones ergonómicas Fácil de subir y bajar a mano (Obligatorio)

4) Interfaces ??

5) Vida de servicio
a) Vida del producto Una duración de 5 años mínimo (Obligatorio)
b) Modos de uso 48 horas a la semana a 100% de la carga (Deseable)

6) Mantenimiento
a) Mínimo mantenimiento, nulo o periódico Periódico (Deseable)

7) Costo del producto
a) Comparativa con la competencia 50 Bs por debajo (Deseable)
b) Expectativa del cliente Máximo 450 Bs por unidad (Deseable)

8) Transporte ??

9) Tiraje
a) Estimado número de unidades a producir 500 unidades (Obligatorio)

10) Medios de fabricación y procesos ??

11) Plazos de entrega
a) Separación de tiempo de culminación por fase 100 unidades por mes durante 5 meses (Obligatorio)

12) Normativas y aspectos legales ??

13) Competencia 
a) Potenciales competidores Coleman

14) Documentación
a) Documentos que se esperan se entreguen con el producto Planos y garantía de 1 año (Obligatorio)

15) Venta, uso y retirada
a) Impacto sobre el medio ambiente No contaminante (Deseable)
b) Porcentaje de piezas reciclables 30% de las piezas reciclables (Deseable)




Analisis Funcional y Arbol de Funciones:
 
Figura 1. Análisis Funcional Proyecto Ejemplo (Cava Playera)

Figura 2. Árbol Funcional de la Necesidad Propuesta (Cava)


Busqueda de Información:

A continuación se suministraran algunos links referentes a la investigación realizada, entre ellos tenemos:

Definición Conceptual:
  • La cava es un dispositivo (caja aislada)  que mantiene con baja temperatura comidas y bebida que se introduzcan en su interior. Normalmente utilizan el hielo como recurso para mantener las bajar temperaturas. Tambien se pueden usar bolsas de hielo o gel para que se mantenga la temperatura por mas tiempo. Fue inventado en 1951 por Richard C. Laramy, en Illinois (USA) que la patento bajo la publicacion #2663157. Por lo general las paredes de la caja son varias capas de espuma compactada recubiertas por plastico dura . Su tamaño varia desde personales hasta familiares.
  • Para mas información referirce al siguiente Link (Cooler-Wikipedia)
Patentes Relacionadas:

  • US # 2663157. (Portable ICE CHEST for storing food and the like) Es la primera patente relacionada con la cava. De mismo inventor de la idea de la cava Laramy Richard. Esta patente fue publicada el 22 de Diciembre de 1953. Es esta patente se habla de la idea de la cava como dispositivo portable para transportar alimento y relacionados manteniendolo refrigerados, esto se logra reteniendo hielo (agua solida) en una caja con recubrimientos aislantes de calor. Con una tapa de facil acceso y compartimientos internos para disponer de diferentes formas para configurar el orden de los objetos en su interior.
  • COLEMAN: Es uno de los mas conocidos a nivel mundial, con amplia experiencia en el marcado y en la investigación y desarrollo de patentes.
  • IGLOO:Un competidor no tan conocido en el mercado venezolano pero con buena trayectoria y productos confiables.
Funcionamiento Básico:
  • Transferencia de Calor: En física, la transferencia de calor es el paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido o un fluido, está a una temperatura diferente de la de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energía térmica, también conocida como transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico. La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado de la Segunda ley de la termodinámica. Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta.

  • Aislantes Termicos: son materiales específicamente diseñados para reducir el flujo de calor limitando la conducción, convección o ambos. Las barreras de radiación, son materiales que reflejan la radiación, reduciendo así el flujo de calor de fuentes de radiación térmica. Los buenos aislantes no son necesariamente buenas barreras de radiación, y viceversa. Los metales, por ejemplo, son excelentes reflectores pero muy malos aislantes. La efectividad de un aislante está indicado por su resistencia (R). La resistencia de un material es el inverso del coeficiente de conductividad térmica (k) multiplicado por el grosor (d) del aislante. Las unidades para la resistencia son en el Sistema Internacional: (K•m²/W).
    Otros Datos Referente:

    Ice chest cooler air conditioning unit
    Esto constituye una idea con posible aplicacion a nuestro proyecto. Consise en una cava utilizada como refrigerador, introducciendo en la tapa superior un ventilador accionado por una fuente portatil con duracion de 12 horas y cuatro orificios con codos para que el aire a bajas temperaturas salga por ellos. En este caso existe la posibilidad de que con este dispositivo cualquier bebida u otra cosa que este dentro de la cava puede mantenerse a su vez a bajas temperaturas durante un largo período, en ete caso limiado por la duracion de la fuente de energia portatil.




    Keep ice longer

    Yeti coolers es un fabricante de cavas el cual en su pagina web muestra como sus productos permiten que la temperatura se mantenga baja por mayor tiempo. Entre las características mas importantes de sus productos es la capa aislante de poliuretano de 3 pulgadas, contrario a la media pulgadas que usualmente tiene otros fabricantes, además de un cierre hermético que evita que el aire frio salga. Más informacion se encuenra en la siguiente página web:

    Generación de Ideas


    Se generó un Brain-Writting  y  a continuación se indican los resultados mas coherentes obtenidos.


    Imagen 1. Dibujos productos del Brain-Writting


    Imagen 2. Dibujos Productos del Brain-Writting
    Imagen 3. Dibujos Productos del Brain-Writting
    Imagen 4. Dibujos producto del Brain-Writting


    A la par se realizo un Brain-Storming y en combinación con el Brain-Writting  se generó el siguiente mapa mental:


    Mapa mental





    PMI
    Tabla 1. Análisis PNI de las ideas
    Tabla 2. Análisis PNI de las Ideas


    Tabla 3. Análisis PNI de las Ideas


    PMO:

    • El objetivo a corto plazo de la cava, es mantener el hielo dentro de la misma por mas de 8 horas. 
      •  Para ello es necesario un buen estudio para realizar la correcta selección de materiales los cuales sean resistentes, buenos aislantes térmicos y económicos.
    • El fácil transporte y la ergonomía de las agarraderas es un objetivo a corto plazo.
      • Esto depende de la geometría de la cava y del modo elegido para el transporte. Ya sea cargada, rodada o arrastrada siempre habrá la necesidad de unas agarraderas cómodas.
    • Una meta es aumentar la autonomía de la cava.
      • Mientras mayor sea la autonomía, mayor es su eficiencia, implica menos gastos en hielo y por ende aumentara su demanda. 
    • Un objetivo a largo plazo es competir en el mercado.
      • Una forma sencilla de competir es mediante un precio accesible e igual o menor al de la competencia, pero también esto dependerá de la selección de materiales.


    CYS:


    Recubrimientos
    • Plástico
      • Inmediato y corto plazo: Positiva, gran aceptación y demanda en el mercado gracias a su bajo peso lo que permite un fácil transporte y a la implementación de colores llamativos.
      • Largo Plazo: Negativa, contaminación ambiental debido a que es altamente inflamable y poco biodegradable.
    • Madera
      • Inmediato y corto plazo: Negativa, pocas ventas, su performance se ve afectado en la intemperie.
      • Largo Plazo: Negativa, deforestación.
    • Aluminio
      • Inmediato y corto plazo:
        • Negativa, altos costos de fabricación y manufactura.
        • Positiva, gran resistencia a impactos
      • Largo Plazo: Positiva, material reciclable, disminuyen los costos.

    Rellenos
    • Poliuretano
      • Inmediato y corto plazo: Positivo, efectividad a la hora de mantener el hielo, gran aislante térmico
      • Largo Plazo: Negativa, Contaminación ambiental.

    Geometría
    • Paralelepípedo
      • Inmediato y corto plazo: Positiva, gran aceptación en el mercado ya que es a forma estándar de las cavas.
    • Cilíndrica
      • Inmediato y corto plazo: Negativa, Poca aceptación del publico debido a su geometría no convencional que dificulta su traslado y almacenaje.
      • Largo Plazo: Negativo: Perdidas por falta de ventas
    • Esférica
      • Inmediato y corto plazo: Negativa, Poca aceptación del publico debido a su geometría no convencional que dificulta su traslado y almacenaje.
      • Largo Plazo: Negativo: Perdidas por falta de ventas

    Traslado
    • Oruga
      • Inmediato y corto plazo: Positivo: excelente desplazamiento en terreno irregular. Negativo: debido a su peso dificulta cargar la cava.
      • Largo Plazo: Negativo: Rechazo por los costos de manutención de la oruga


    • Esquí
      • Inmediato y corto plazo: Negativo: Aumento en los costos de producción por la complejidad del diseño. Positivo: fácil traslado sobre la arena.
      • Largo plazo: no reparable
    • Rodillo
      • Inmediato y corto plazo: Positiva, fácil transporte en línea recta. Negativa, difícil de cruzar.
      • Largo plazo: Negativo, desgaste del rodillo
    • Agarradera


    Dispositivo
    • Sombrilla
      • Inmediato y corto plazo: Positiva, mejor mantenimiento de la temperatura evitando la exposición de la cava a los rayos uv. Negativa, problemas con el viento.
      • Largo plazo: Negativa, poca duración de la sombrilla con respecto a la cava.
    • Bolsas de Gel
      • Inmediato y corto plazo: Positiva, eficiente refrigeración de las latas. Negativa, Mayor peso neto de la cava causando un difícil transporte.
      • Largo Plazo: Negativo, Reemplazo de las bolsas al vencerse.
    • Ventilador
      • Inmediato plazo: Positivo: Evita la pérdida de calor debido a la convección forzada. Negativo: gran tamaño y peso debido a las baterías para alimentarlo.
      • Largo plazo: Negativa, reparación de los rodamientos debido al salitre, cambio de baterías.
    • Agua de Mar
      • Inmediato plazo: Positiva, efectivo mantenimiento de la temperatura.
      • Largo Plazo: Negativa, desgaste debido al salitre.
    •  Forro Aislante
      • Inmediato y corto plazo: Positiva, efectivo mantenimiento de la temperatura.

    Análisis Morfológico

    Figura 1. Tabla de Opciones


    Figura 2. Planteamiento de las combinaciones


    Figura 3. Filtrado de opciones

    Figura 4. Opciones a considerar en la matriz de decisiones.


    Figura 5. Matriz de decisiones



    CONCLUSIONES

    Las opciones más viables son la 6 y la 4. En base al PNI se considera la opción más rentable a corto, mediano y largo plazo a la número 6, la que representa: Una cava de forma de paralelepípedo  de poliuretano con recubrimiento de plástico, con agarraderas y un forro aislante  

    A continuación se presenta el boceto del prototipo con las opciones elegidas en la matriz de decisiones:


    Prototipo de Cava resultante de la Matriz de Decisiones.
    Analizando Sobre la Interfaz Cava-Humano 
       Se encontró informaciones variadas entre ellas suministramos imágenes de ejemplo que deben considerarse en el posterior analisis de esfuerzos:






    En la figura anterior se presentan los valores de las fuerzas nominales a distintos ángulos de flexión del brazo tanto para jalar como para empujar.  Esfuerzos que se suponen son innatos para una cava. Así como también de referencia para el posterior análisis estructural.


    A continuación se presentan las medidas de los cuerpos de personas de distintas edades en diferentes posiciones: parados e inclinados posiciones que suponemos serán comunes en la interfaz con una cava.




    Datos antropomórficos de las posiciones más comunes


    Datos Antropomórficos de las posiciones más comunes


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