i
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA EN DISEÑO INDUSTRIAL
Diseño y fabricación de una máscara de protección facial deportiva para traumas
nasales con materiales compuestos a partir de imágenes médicas DICOM del cráneo
Trabajo de titulación modalidad Proyecto Integrador, previo a la obtención del título
de Ingeniero en Diseño Industrial.
AUTOR: Pesantes Erazo Cristian Javier
TUTOR: Ing. Jorge Mauricio Fuentes Fuentes MSc.
Quito, 2020
ii
DERECHOS DE AUTOR
Yo, Cristian Javier Pesantes Erazo en calidad de autor y titular de los derechos morales y
patrimoniales del trabajo de titulación DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA MÁSCARA DE
PROTECCIÓN FACIAL DEPORTIVA PARA TRAUMAS NASALES CON MATERIALES
COMPUESTOS A PARTIR DE IMÁGENES MÉDICAS DICOM DEL CRÁNEO, modalidad
Proyecto Integrador, de conformidad con el Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE LA
ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN,
concedo a favor de la Universidad Central del Ecuador una licencia gratuita, intransferible y no
exclusiva para el uso no comercial de la obra, con fines estrictamente académicos. Conservando a
mi favor todos los derechos de autor sobre la obra, establecidos en la normativa citada.
Así mismo autorizo a la Universidad Central del Ecuador para que realice la digitalización y
publicación de este trabajo de titulación en el repositorio virtual, de conformidad a lo dispuesto en
el Art. 114 de la Ley Orgánica de Educación Superior.
El autor declara que la obra objeto de la presente autorización es original en su forma de expresión
u no infringe el derecho de autor de terceros, asumiendo la responsabilidad por cualquier
reclamación que pudiera presentarse por causa y liberando a la Universidad de toda
responsabilidad.
Cristian Javier Pesantes Erazo
CC. 1722001581
Correo electrónico: [email protected]
iii
APROBACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del Trabajo de Titulación, presentada por CRISTIAN JAVIER
PESANTES ERAZO para optar por el Grado de Ingeniero en Diseño Industrial; cuyo título es:
DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA MÁSCARA DE PROTECCIÓN FACIAL
DEPORTIVA PARA TRAUMAS NASALES CON MATERIALES COMPUESTOS A
PARTIR DE IMÁGENES MÉDICAS DICOM DEL CRÁNEO, considero que dicho trabajo
reúne los requisitos y méritos suficientes para ser sometido a la presentación pública y evaluación
por parte del tribunal examinador que se designe.
En la ciudad de Quito, 19 del mes de febrero de 2020
Ing. Jorge Mauricio Fuentes Fuentes Msc.
DOCENTE-TUTOR
CC. 1710803949
Correo Electrónico: [email protected]
iv
DEDICATORIA
El presente proyecto se lo dedico principalmente a Dios, quien como guía estuvo presente en
el caminar de mi vida, bendiciéndome y dándome fuerzas para continuar con mis metas
trazadas sin desfallecer.
A mi madre Elena Erazo, por ser el pilar más importante y por demostrarme siempre su cariño,
compresión, amor, paciencia, confianza y apoyo incondicional en todo momento.
De manera especial a mi hermana Maribel quien ha compartido grandes momentos de mi vida
y a mi novia Fernanda, quien ha sido un apoyo en los momentos difíciles, por sus palabras de
aliento, amor y motivación para seguir adelante.
Finalmente quiero dedicar a mis amigos y profesores que ocupan un lugar en mi corazón,
quienes han formado parte de todo mi crecimiento tanto personal como profesional y han
contribuido de alguna forma para lograr esta meta.
Cristian Javier Pesantes Erazo
v
AGRADECIMIENTOS
Mi agradecimiento a Dios por darme la oportunidad de vivir esta etapa muy importante de mi
vida, a mi madre Elena Erazo que ha sabido darme su ejemplo de trabajo y honradez.
Un especial agradecimiento al Ingeniero Mauricio Fuentes quien, con su experiencia,
conocimiento, que gracias a sus consejos y dedicación en la colaboración del proyecto. A los
profesores que me han visto crecer como persona, y gracias a sus conocimientos hoy puedo
sentirme dichoso y contento.
A mi novia, amigos y familiares quienes con sus palabras de aliento y preocupación me han
demostrado su cariño y amor sincero.
Finalmente, a la Universidad Central del Ecuador, por permitirme ser parte de ella y
enriquecerme de conocimiento.
Cristian Javier Pesantes Erazo
vi
CONTENIDO
DERECHOS DE AUTOR .......................................................................................................... ii
APROBACIÓN DEL TUTOR .................................................................................................. iii
DEDICATORIA ....................................................................................................................... iv
AGRADECIMIENTOS...............................................................................................................v
CONTENIDO ........................................................................................................................... vi
LISTA DE TABLAS .............................................................................................................. xvii
LISTA DE FIGURAS ..............................................................................................................xix
LISTA DE ANEXOS ............................................................................................................. xxiv
REUSMEN ............................................................................................................................. xxv
ABSTRACT .........................................................................................................................xxvii
INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................1
CAPÍTULO I ..............................................................................................................................3
DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ...............................................................................................3
1.1. Antecedentes ..........................................................................................................3
1.2. Planteamiento del Problema ...................................................................................6
1.3. Formulación del Problema .....................................................................................7
1.4. Objetivos Generales ...............................................................................................7
1.4.1. Objetivos Generales ...............................................................................................7
1.4.2. Objetivos Específicos .............................................................................................7
vii
1.5. Justificación ...........................................................................................................7
1.6. Alcance y Limitaciones de la Propuesta .................................................................8
CAPíTULO II ........................................................................................................................... 10
MARCO TEÓRICO .................................................................................................................. 10
2.1. Máscara ............................................................................................................... 10
2.1.1. Máscara de protección facial integral ................................................................... 10
2.1.2. Máscara de protección facial deportiva................................................................. 10
2.1.2.1. Necesidad de la máscara de protección facial deportiva .................................... 11
2.2. Otorrinolaringólogo ............................................................................................. 11
2.3. Cirujanos maxilofaciales ...................................................................................... 11
2.3.1. Trauma maxilofacial ............................................................................................ 12
2.3.1.1. Fracturas del complejo nasal ............................................................................. 12
2.3.1.1.1. Clasificación de las fracturas nasales ............................................................. 13
2.3.1.1.1.1. Fracturas deprimidas o con hundimiento antero-posterior............................. 13
2.3.1.1.1.2. Fracturas lateralizadas o con desviación lateral ............................................ 13
2.3.1.1.1.3. Fracturas asociadas o complejas ................................................................... 14
2.3.1.1.1.3.1. Fracturas naso-etmoidales ......................................................................... 14
2.3.1.1.1.3.2. Fracturas naso-frontales ............................................................................ 15
2.3.1.1.1.3.3. Fracturas naso-canto-interno lagrimales .................................................... 16
2.3.1.1.1.3.4. Fracturas naso-maxiliares .......................................................................... 17
viii
2.3.1.1.1.3.5. Fracturas naso-canto-lágrimo-órbito-maxilares.......................................... 17
2.3.1.1.1.3.6. Fracturas naso-canto-lágrimo-máxilo-malares ........................................... 18
2.3.1.1.2. Fracturas de la pirámide nasal ....................................................................... 18
2.3.1.2. Diagnóstico de las fracturas nasales .................................................................. 18
2.3.1.3. Tratamiento de los traumatismos nasales .......................................................... 19
2.3.1.3.1. Reducción cerrada ......................................................................................... 19
2.3.1.3.2. Reducción abierta ......................................................................................... 21
2.3.1.3.3. Fracturas nasales en los niños ........................................................................ 22
2.3.1.3.3.1. Férula para la nariz....................................................................................... 22
2.4. Materiales compuestos ......................................................................................... 23
2.4.1. Clasificación de los materiales compuestos .......................................................... 24
2.4.1.1. Reforzado con partículas .................................................................................. 24
2.4.1.1.1. Materiales compuestos con materiales grandes .............................................. 24
2.4.1.1.2. Materiales compuestos consolidados por dispersión ...................................... 24
2.4.1.2. Reforzado con fibras......................................................................................... 25
2.4.1.2.1. Influencia de la longitud de la fibra ............................................................... 25
2.4.1.2.2. Influencia de la orientación y de la concentración de la fibra ......................... 26
2.4.1.2.2.1. Material compuesto con fibras continuas y alineadas ................................... 26
2.4.1.2.2.2. Materiales compuestos con fibras discontinuas y alienadas .......................... 27
2.4.1.2.2.3. Materiales compuestos con fibras discontinuas y orientadas al azar .............. 27
ix
2.4.1.2.3. Fibras y matrices ........................................................................................... 28
2.4.1.2.3.1. Fibras de carbono ......................................................................................... 29
2.4.1.2.3.2. Fibras de vidrio ............................................................................................ 29
2.4.1.3. Estructural ........................................................................................................ 30
2.4.1.3.1. Materiales compuestos laminares .................................................................. 30
2.4.1.3.2. Paneles sándwich .......................................................................................... 31
2.4.2. Materiales compuestos comparados con materiales convencionales ..................... 32
2.4.3. Cálculo de las propiedades de un material compuesto .......................................... 33
2.4.3.1. Densidad .......................................................................................................... 33
2.4.3.2. Módulo ............................................................................................................. 33
2.4.3.3. Fuerza .............................................................................................................. 34
2.4.3.4. Calor específico ................................................................................................ 35
2.5. Clasificación de las resinas................................................................................... 35
2.5.1. Resinas de poliéster .............................................................................................. 35
2.5.2. Resinas de viniléster............................................................................................. 36
2.5.3. Resinas epoxi ....................................................................................................... 36
2.5.4. Resinas de ésteres cianato .................................................................................... 37
2.5.5. Resinas polieteramida .......................................................................................... 37
2.5.6. Resinas fenólicas.................................................................................................. 37
2.6. Método de fabricación para plásticos con fibras de materiales compuestos ........... 38
x
2.7. Selección de materiales ........................................................................................ 40
2.7.1. Límites de atributos e índice material ................................................................... 40
2.7.1.1. Índices materiales cuando los objetivos se unen a restricciones ......................... 41
2.7.1.2. Índice de material para un haz ligero y rígido.................................................... 42
2.8. Análisis de deformación en vigas sometidas a flexión simple ............................... 44
2.8.1. Ecuación diferencial de la elástica ........................................................................ 44
2.9. Imágenes médicas DICOM .................................................................................. 46
2.9.1. La tomografía computarizada ............................................................................... 48
2.9.2. Principios básicos de la tomografía computarizada ............................................... 49
2.9.3. Evolución de la tomografía computarizada ........................................................... 50
2.9.4. Tomografía helicoidal .......................................................................................... 52
2.9.5. Tomografía del cráneo ......................................................................................... 53
2.10. SolidWorks .......................................................................................................... 54
2.10.1. Simulación con SolidWorks ............................................................................. 54
2.10.1.1. Análisis de elementos finitos (FEA) .............................................................. 55
2.10.1.2. Consideraciones de modelado de análisis de elementos finitos ...................... 55
2.10.1.3. Tipos de elementos finitos ............................................................................. 56
2.10.1.3.1. Elementos lineales unidimensionales: Elementos de armadura, viga y límites
56
2.10.1.3.2. Elementos planos bidimensionales: tensión plana, deformación plana, eje
xi
simétrico, elementos de membrana y carcasa ......................................................................... 57
2.10.1.3.3. Elementos de volumen tridimensional: elementos tetraédricos, hexaédricos y
de ladrillo. 57
2.11. Blender ................................................................................................................ 58
2.12. InVensalius .......................................................................................................... 58
2.12.1. Importación DICOM ........................................................................................ 58
2.13. Herramienta QFD ................................................................................................ 59
2.13.1. Orígenes del QFD ............................................................................................. 60
2.13.2. Modo de empleo del QFD ................................................................................ 60
2.13.3. Propósito del QFD ............................................................................................ 60
2.13.4. Matrices del QFD ............................................................................................. 61
2.13.4.1. La casa de la calidad ..................................................................................... 61
2.13.4.1.1. Los QUÉS: la voz del cliente ........................................................................ 61
2.13.4.1.1.1. Modelo de Kano ........................................................................................ 62
2.13.4.1.1.1.1. Necesidades básicas ................................................................................ 62
2.13.4.1.1.1.2. Necesidades de prestaciones .................................................................... 62
2.13.4.1.1.1.3. Necesidades de entusiasmo ..................................................................... 63
2.13.4.1.2. Evaluación competitiva: Importancia para el cliente ...................................... 63
2.13.4.1.3. Vector CÓMOS: característica de diseño ...................................................... 63
2.13.4.1.4. Matriz de relaciones ...................................................................................... 63
xii
2.13.4.1.5. Dificultad organizacional .............................................................................. 64
2.13.4.1.6. Vector cuántos: Objetivo para las características del diseño........................... 64
2.13.4.1.7. Evaluación competitiva técnica ..................................................................... 64
2.13.4.1.8. Ponderación CÓMOS: Importancia técnica de las características del diseño. 64
2.13.4.1.9. Matriz de correlaciones ................................................................................. 65
2.14. Metodología de Diseño y desarrollo de productos de Ulrich ................................. 65
2.14.1. Planeación ........................................................................................................ 65
2.14.2. Desarrollo del concepto .................................................................................... 65
2.14.3. Diseño en el nivel Sistema ................................................................................ 65
2.14.4. Diseño de detalle .............................................................................................. 66
2.14.5. Pruebas y refinamiento ..................................................................................... 66
2.15. Estado del arte ..................................................................................................... 67
2.16. Marco ético y legal............................................................................................... 68
CAPÍTULO III .......................................................................................................................... 70
METODOLOGÍA ..................................................................................................................... 70
3.1. Metodología ................................................................................................................ 70
3.1.1. Fase 1 ...................................................................................................................... 70
3.1.1.1. Planeación ........................................................................................................... 70
3.1.2. Fase 2 ...................................................................................................................... 70
3.1.2.1. Desarrollo del concepto ........................................................................................ 70
xiii
3.1.2.2. Identificación de necesidades del cliente .............................................................. 71
3.1.2.3. Establecer especificaciones objetivo..................................................................... 71
3.1.2.4. Generación de conceptos ...................................................................................... 72
3.1.2.5. Selección del concepto ......................................................................................... 72
3.1.3. Fase 3 ...................................................................................................................... 72
3.1.3.1. Diseño en el nivel sistema .................................................................................... 72
3.1.4. Fase 4 ...................................................................................................................... 73
3.1.4.1. Diseño en detalle .................................................................................................. 73
3.1.4.1.1. Tratamiento de las imágenes médicas DICOM en Invensalius .......................... 73
3.1.4.1.2. Modelado digital en Blender ............................................................................. 73
3.1.4.1.3. Planos............................................................................................................... 73
3.1.4.1.4. Selección de materiales .................................................................................... 73
3.1.4.1.5. Cálculos de Ingeniería ...................................................................................... 74
3.1.4.1.6. Simulación en SolidWorks ............................................................................... 74
3.1.5. Fase 5 ...................................................................................................................... 74
3.1.5.1. Fabricación .......................................................................................................... 74
3.1.6. Fase 6 ...................................................................................................................... 74
3.1.6.1. Pruebas y refinamiento ......................................................................................... 74
CapÍtulo IV ............................................................................................................................... 76
RESULTADOS ........................................................................................................................ 76
xiv
4.1. Resultados Fase 1................................................................................................. 76
4.1.1. Planeación ........................................................................................................... 76
4.1.1.1. Análisis de Producto (Análisis Tipológico) ....................................................... 76
4.1.1.2. Observación en uso .......................................................................................... 79
4.2. Resultados Fase 2................................................................................................. 80
4.2.1. Desarrollo del concepto ........................................................................................ 80
4.2.1.1. Identificación de necesidades del cliente ........................................................... 80
4.2.1.1.1. Diagrama de afinidad de los QUÉS para la matriz QFD ................................ 80
4.2.1.1.2. Método de kano ............................................................................................ 82
4.2.1.1.2.1. Análisis reflexivo del Mapa de atributos ...................................................... 90
4.2.1.1.2.2. Análisis reflexivo de la Curva de atracción................................................... 92
4.2.1.1.3. Diagrama de Ishikawa ................................................................................... 93
4.2.1.1.3.1. Diagrama de afinidad de los CÓMOS para la matriz QFD............................ 96
4.2.1.2. Establecer especificaciones objetivo ................................................................. 97
4.2.1.2.1. Desarrollo de la matriz QFD ......................................................................... 99
4.2.1.2.1.1. QFD de la máscara de protección facial deportiva ........................................ 99
4.2.1.2.1.1.1. Dificultad organizacional ........................................................................ 102
4.2.1.2.1.2. Diagnóstico QFD ....................................................................................... 103
4.2.1.2.1.2.1. Puntos críticos ......................................................................................... 103
4.2.1.2.1.2.2. Conflicto ................................................................................................. 105
xv
4.2.1.2.1.2.3. Importancia técnica ................................................................................. 107
4.2.1.2.1.2.4. Ventaja competitiva ................................................................................ 109
4.2.1.2.1.2.5. Indispensable mejorar ............................................................................. 111
4.2.1.2.1.2.6. Evaluación pobre .................................................................................... 113
4.2.1.2.1.2.7. Matriz de diagnóstico .............................................................................. 115
4.2.1.2.1.2.8. Matriz de especificaciones ...................................................................... 117
4.2.1.3. Generación de conceptos ................................................................................ 119
4.2.1.4. Selección del concepto ................................................................................... 120
4.3. Resultados Fase 3............................................................................................... 126
4.3.1. Diseño en el nivel sistema .................................................................................. 126
4.4. Resultados Fase 4............................................................................................... 128
4.4.1. Diseño en detalle ................................................................................................ 128
4.4.1.1. Tratamiento de las imágenes médicas DICOM en Invensalius ........................ 128
4.4.1.2. Modelado digital en Blender ........................................................................... 129
4.4.1.3. Planos............................................................................................................. 131
4.4.1.4. Selección de materiales .................................................................................. 131
4.4.1.4.1. Selección de materiales para el cuerpo principal de la máscara de protección
facial deportiva132
4.4.1.4.2. Selección de materiales de la parte interior de la máscara de protección facial
deportiva 136
xvi
4.4.1.4.3. Selección de materiales de la parte de sujeción trasera de la cabeza ............. 139
4.4.1.5. Cálculos de Ingeniería .................................................................................... 142
4.4.1.5.1. Elongación del neopreno bajo una carga axial ............................................. 142
4.4.1.5.2. Esfuerzo cortante de la cinta adhesiva velcro ............................................... 144
4.4.1.5.3. Análisis estático del cuerpo principal de la máscara de protección facial
deportiva 146
4.4.1.6. Simulación en SolidWorks ............................................................................. 151
4.5. Resultados Fase 5 ............................................................................................... 155
4.5.1. Fabricación ........................................................................................................ 155
4.6. Resultados Fase 6 ............................................................................................... 159
4.6.1. Pruebas y refinamiento ....................................................................................... 159
CAPÍTULO V ......................................................................................................................... 172
DISCUSIÓN ........................................................................................................................... 172
5.1. Discusión .................................................................................................................. 172
CAPÍTULO VI ....................................................................................................................... 175
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................................................... 175
6.1. Conclusiones ............................................................................................................. 175
6.2. Recomendaciones ..................................................................................................... 176
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 178
ANEXOS ................................................................................................................................ 184
xvii
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Procedimientos de fabricación para plásticos reforzados con fibra............................... 38
Tabla 2. Análisis Tipológico 1 de máscaras de protección facial deportiva ............................... 76
Tabla 3. Análisis Tipológico 2 de máscaras de protección facial deportiva ............................... 77
Tabla 4. Análisis Tipológico 3 de máscaras de protección facial deportiva ............................... 78
Tabla 5. Análisis Tipológico 4 de máscaras de protección facial deportiva ............................... 78
Tabla 6. Referencia Evaluación de Kano ................................................................................. 83
Tabla 7. Interpretación 1 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de kano 84
Tabla 8 Interpretación 2 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de kano. 84
Tabla 9. Interpretación 3 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de kano 85
Tabla 10. Interpretación 4 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de kano
....................................................................................................................................................... 86
Tabla 11. Interpretación 5 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de kano
....................................................................................................................................................... 87
Tabla 12. Interpretación 6 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de kano
....................................................................................................................................................... 88
Tabla 13. Interpretación 7 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de kano
....................................................................................................................................................... 89
Tabla 14. Interpretación 8 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de kano
....................................................................................................................................................... 90
xviii
Tabla 15. Mapa de atributos de la interpretación de los resultados de la encuesta del método de
Kano ......................................................................................................................................... 91
Tabla 16. Escala de medición de un análisis comparativo ......................................................... 97
Tabla 17. Análisis en función al confort y al material ............................................................... 98
Tabla 18. Escala de medición para la matriz QFD................................................................... 101
Tabla 19. Matriz de especificaciones basada en la matriz QFD ............................................... 117
Tabla 20. Escala de medición para la matriz de especificaciones basada en la matriz QFD ..... 118
Tabla 21. Selección del boceto ............................................................................................... 125
Tabla 22. Análisis tipológico de cintas de sujeción ................................................................. 127
Tabla 23. Análisis de confort de las cintas de sujeción ............................................................ 128
Tabla 24. Parámetros de la parte principal de la máscara deportiva de protección facial para la
selección del material .............................................................................................................. 132
Tabla 25. Materiales para el cuerpo principal de la máscara con el valor del índice (pendiente =
3) ............................................................................................................................................ 134
Tabla 26. Propiedades de la fibra de carbono epoxi / tejido no ondulado con resina ................ 135
Tabla 27. Parámetros de la parte interna de la máscara deportiva de protección facial para la
selección del material .............................................................................................................. 136
Tabla 28. Materiales para la parte interior de la máscara con el valor del índice (pendiente = 3)
..................................................................................................................................................... 138
Tabla 29. Propiedades de la espuma polimérica rígida (LD) ................................................... 139
Tabla 30. Parámetros de la parte posterior de la máscara deportiva de protección facial para la
selección del material .............................................................................................................. 139
xix
Tabla 31. Materiales de la parte de sujeción trasera de la cabeza con el valor del índice
(pendiente = 1) ........................................................................................................................ 140
Tabla 32. Propiedades del neopreno ....................................................................................... 141
Tabla 33. Propiedades del Caucho sintético ............................................................................ 151
Tabla 34. Evaluación funcional de la máscara......................................................................... 160
Tabla 35. Especificaciones del dinamómetro Kern 283-402 .................................................... 167
Tabla 36. Evaluación dimensional de la máscara .................................................................... 171
xx
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Alambrado Transnasal para Fracturas Nasoetmoidales .............................................. 15
Figura 2. Complejo naso-maxilar (Color azul) .......................................................................... 17
Figura 3. Maniobra para reducir una fractura de nariz mediante pinza Asch ............................. 21
Figura 4. Patrón de deformación en una matriz que rodea a una fibra sometida a un esfuerzo de
tracción ..................................................................................................................................... 25
Figura 5. Representaciones esquemáticas de compuestos reforzados con fibras continuas y
alineadas ................................................................................................................................... 26
Figura 6. Representaciones esquemáticas de compuestos reforzados con fibras discontinuas y
alineadas ................................................................................................................................... 27
Figura 7. Representaciones esquemáticas de compuestos reforzados con fibras discontinuas y
orientadas al azar....................................................................................................................... 28
Figura 8. Apilamiento de capas reforzadas en sucesivas orientaciones para construir un material
compuesto laminar .................................................................................................................... 31
Figura 9. Diagrama esquemático de la fabricación de un panel de sándwich con un núcleo en
panal
................................................................................................................................................. 32
Figura 10. Un tirante cilíndrico cargado (a) en tensión, (b) en flexión, (c) en torsión y (d)
axialmente, como una columna ................................................................................................. 41
Figura 11. Una viga de sección cuadrada, cargada en flexión. Su rigidez es𝑆 = 𝐹𝛿 donde 𝐹 es la
carga y 𝛿es la deflexión. ............................................................................................................ 44
Figura 12. Viga sometida a flexión simple ................................................................................ 45
xxi
Figura 13. Momento Flector ..................................................................................................... 45
Figura 14. Criterio de signos del momento flector .................................................................... 46
Figura 15. Trazo descrito por el haz de rayos sobre el cuerpo del paciente en la tomografía
computarizada ........................................................................................................................... 53
Figura 16. Elementos lineales unidimensionales ....................................................................... 56
Figura 17. Elementos planos bidimensionales .......................................................................... 57
Figura 18. Elementos de volumen tridimensional ..................................................................... 57
Figura 19. Modelo de Kano ...................................................................................................... 62
Figura 20. Diagrama de Porcentaje de necesidad - número de entrevistas ................................ 80
Figura 21. Diagrama de afinidad de los QUÉS parte 1. A) Factibilidad de limpieza, B)
Resistente a golpes físicos, C) Que sea liviana, D) Factibilidad de transportación ...................... 81
Figura 22. Diagrama de afinidad de los QUÉS parte 2. E) Anatómicamente precisa al rostro, F)
Evite el sudor, G) Repuestos existentes en el mercado ecuatoriano, H) Especificaciones de uso 82
Figura 23. Curva de atracción ................................................................................................... 92
Figura 24. Diagrama de Ishikawa parte 1. A) Factibilidad de limpieza, B) Que sea liviana, C)
Resistente a golpes, D) Repuestos existentes en el mercado ....................................................... 94
Figura 25. Diagrama de Ishikawa parte 2. E) Anatómicamente precisa al rostro, F) Factibilidad
de transportación, G) Evite el sudor, H) Especificaciones de uso ............................................... 95
Figura 26. Diagrama de afinidad de los CÓMOS parte 1. A) Calidad de piezas, B) Manual de
usuario, C) No genere calor en el interior, D) Diseño computarizado, E) Pesto total, F) Tipo de
material ..................................................................................................................................... 96
Figura 27. Diagrama de afinidad de los CÓMOS parte 2. G) Tamaño total, H) Material interno
suave, I) Resistencia a la flexión, J) Resistente a la tensión, K) Material resistente al agua ........ 97
Figura 28. QUÉS de la Matriz QFD ......................................................................................... 99
xxii
Figura 29. Matriz QFD ........................................................................................................... 100
Figura 30 Dificultad organizacional ....................................................................................... 102
Figura 31. Punto Crítico ......................................................................................................... 104
Figura 32. Conflicto .............................................................................................................. 106
Figura 33. Importancia Técnica .............................................................................................. 108
Figura 34. Ventaja competitiva ............................................................................................... 110
Figura 35. Indispensable mejorar ........................................................................................... 112
Figura 36. Evaluación pobre ................................................................................................... 114
Figura 37. Matriz de diagnóstico ........................................................................................ 116
Figura 38. Mapa mental conceptos de diseño ..................................................................... 119
Figura 39. Estructura funcional. A) Parte principal, B) Subfunciones ................................. 120
Figura 40. Boceto 1 ........................................................................................................... 121
Figura 41. Boceto 2 ........................................................................................................... 122
Figura 42. Boceto 3 ........................................................................................................... 123
Figura 43. Boceto 4 ........................................................................................................... 124
Figura 44. Boceto 5: Soporte de la parte posterior de la cabeza ............................................... 126
Figura 45. Tratamiento de imágenes médicas DICOM del cráneo en el software Invensalius. 129
Figura 46. Modelo 3D del cráneo en el software de uso público Blender ................................ 130
Figura 47. Modelo 3D de la máscara de protección facial deportiva en el software de uso
público Blender ....................................................................................................................... 131
Figura 48. Identificación del conjunto de materiales. Carta de tenacidad a la fractura - densidad
..................................................................................................................................................... 133
Figura 49. Identificación del conjunto de materiales. Carta de agua (fresca)– densidad ........... 135
Figura 50. Identificación del conjunto de materiales tipo espuma. Carta de módulo de elasticidad
xxiii
– densidad ............................................................................................................................... 137
Figura 51. Identificación del conjunto de materiales tipo espuma. Carta de agua (sal)– densidad
..................................................................................................................................................... 138
Figura 52. Identificación del conjunto de materiales tipo espuma. Carta de alargamiento – uso de
agua ........................................................................................................................................ 141
Figura 53. Elongación del neopreno bajo una carga axial ....................................................... 142
Figura 54. Resistencia al corte del velcro ................................................................................ 144
Figura 55. Carga estática ........................................................................................................ 146
Figura 56. Diagrama cortante y Diagrama de momento .......................................................... 147
Figura 57. Simplificación de la forma de la máscara ............................................................... 148
Figura 58. Sujeción fija del cuerpo principal de la máscara de protección facial deportiva ...... 152
Figura 59. Desplazamiento de impacto de la pelota con el cuerpo principal de la máscara de
protección facial deportiva y propiedades ................................................................................ 153
Figura 60. Deformación del cuerpo principal de la máscara de protección facial deportiva.
Análisis de tensión de Von Mises ............................................................................................ 154
Figura 61. Deformación unitaria de la espuma polimérica rígida LD ...................................... 155
Figura 62. Sub- Proceso de fabricación del cuerpo principal de la máscara ............................. 156
Figura 63. Sub - Proceso de fabricación de la parte interna de la máscara ............................... 156
Figura 64. Sub - Proceso de fabricación del cuerpo principal de la correa ............................... 157
Figura 65. Sub - Proceso de fabricación de la cinta adhesiva velcro para la correa principal ... 157
Figura 66. Proceso de unión del cuerpo principal de la máscara y de la parte interior.............. 158
Figura 67. Proceso de unión del cuerpo principal de la correa y de la cinta adhesiva velcro .... 158
Figura 68. Proceso de ensamble del cuerpo principal de la máscara y de la parte principal de la
correa ...................................................................................................................................... 159
xxiv
Figura 69. Validación del peso de la máscara ......................................................................... 162
Figura 70. Validación de impacto con una pelota.................................................................... 163
Figura 71. Absorción de impacto de la espuma polimérica rígida LD ..................................... 164
Figura 72. Absorción de impacto de una esponja flexible ....................................................... 165
Figura 73. Determinación de la fuerza para desprender el velcro ............................................ 167
Figura 74. Validación del diseño digital de la máscara de protección facial deportiva ............. 168
Figura 75. Validación de absorción del agua .......................................................................... 169
Figura 76. Validación que no afecte la respiración la máscara al momento de usarla .............. 169
Figura 77. Validación del tiempo en colocarse la máscara ...................................................... 170
Figura 78. Validación de la visión periférica .......................................................................... 171
Figura 79. Modelo de entrevista ............................................................................................. 185
Figura 80. Encuesta sobre el diseño de la máscara .................................................................. 198
Figura 81. Fabricación de la máscara ...................................................................................... 199
Figura 82. Tolerancias generales ISO 2768 ............................................................................ 200
Figura 83. Ficha técnica de la fibra de carbono ....................................................................... 201
Figura 84. Ficha técnica del neopreno .................................................................................... 202
Figura 85. Ficha técnica cinta adhesiva velcro ........................................................................ 203
xxv
LISTA DE ANEXOS
Anexo A. Entrevista ................................................................................................................ 185
Anexo B. Resultados de la interacción con los usuarios “QUES” de la matriz QFD ................. 186
Anexo C. Resultados de la encuesta aplicando el Método de kano .......................................... 192
Anexo D. Modelo de encuesta ................................................................................................. 198
Anexo E. Proceso de fabricación............................................................................................. 199
Anexo F. Norma ISO 2768 ..................................................................................................... 200
Anexo G. Ficha técnica de la fibra de carbono ........................................................................ 201
Anexo H. Ficha técnica del neopreno ...................................................................................... 202
Anexo I. Ficha técnica cinta adhesiva velcro ........................................................................... 203
Anexo J. Planos Conjunto y detalle......................................................................................... 204
xxvi
TITULO: Diseño y fabricación de una máscara de protección facial deportiva para traumas
nasales con materiales compuestos a partir de imágenes médicas DICOM del cráneo.
Autor: Cristian Javier Pesantes Erazo
Tutor: Ing. Jorge Mauricio Fuentes Fuentes MSc.
REUSMEN
El presente proyecto está centrado en el diseño de una máscara de protección facial deportiva para
traumas nasales a partir de un modelo 3D generado por imágenes médicas DICOM del cráneo, la
misma que es personalizada de acuerdo a la fisonomía del usuario, dichos traumas son las lesiones
más frecuentes en deportistas profesionales y en personas aficionadas que practican algún tipo de
deporte de contacto como son el rugby ,fútbol y el básquet, las causas para producir un trauma
nasal son muy comunes como accidentes deportivos, accidentes de tránsito, agresiones físicas. La
importancia de las máscaras se debe a que la antropometría del rostro humano es única e irrepetible
por eso se utilizó imágenes médicas DICOM del cráneo para poder tener imágenes
anatómicamente precisas al rostro del usuario.
Se trabajó con materiales compuestos debido a que tienen una amplia gama de propiedades
mecánicas además proporciona nuevas posibilidades estéticas gracias a su capacidad de moldear
formas complejas, fluidas y creativas con gran precisión, ofreciendo un ahorro significativo de
peso que proporciona mayor libertad en el diseño.
Se logró alcanzar los objetivos del proyecto mediante la metodología de Karl Ulrich desde el
estudio de los requerimientos y necesidades del usuario hasta la construcción y validación de la
máscara, obteniendo como resultado un producto que cumplió con las expectativas del cliente por
lo que se concluye que es anatómicamente precisa al rostro y de esta manera logra proteger la nariz
de impactos físicos y no afecta el rendimiento deportivo de la persona al momento de usarla.
PALABRAS CLAVE: MÁSCARA DE PROTECCIÓN FACIAL DEPORTIVA /
IMÁGENES MÉDICAS DICOM / ANATÓMICAMENTE PRECISO / MODELADO
DIGITAL 3D.
xxvii
TITLE: Design and manufacture of a sports facial protection mask for nasal traumas with
composite materials from DICOM medical images of the skull.
Author: Cristian Javier Pesantes Erazo
Tutor: Ing. Jorge Mauricio Fuentes Fuentes MSc.
ABSTRACT
The present project is focused on the design of a sports facial protection mask for nasal traumas
from a 3D model of DICOM medical imaging of the skull, the same is customized according to
the physiognomy of the user, these traumas are injuries more frequent in professional athletes and
in amateur people who practice some type of contact sport such as rugby, football and basketball,
the causes for producing a nasal trauma are very common such as sports accidents, traffic
accidents, physical aggressions. The importance of the masks is due to the anthropometry of the
human face is unique and unrepeatable that is why DICOM medical diagnostic images of the skull
are used to be able to have anatomically accurate images to the user's face.
It is needed with composite materials because it has a wide range of mechanical properties, it also
provides new aesthetic possibilities thanks to its ability to mold complex, fluid and creative shapes
with great precision, a significant weight saving that provides greater freedom in design.
The goals of the project were achieved through the Karl Ulrich methodology from the study of the
requirements and needs of the user to the construction and validation of the mask, obtaining as a
result a product that met the client's expectations so it is concluded that it is anatomically precise
to the face and in this way it manages to protect the nose from physical damage and does not affect
the sporting performance of the person when using it.
KEYWORDS: SPORTS FACE PROTECTION MASK / DICOM MEDICAL IMAGING /
ANATOMICALLY ACCURATE / DIGITAL MODELING.
1
INTRODUCCIÓN
Las lesiones nasales en la actualidad es el tercer tipo de trauma más común sufridos por
personas jóvenes que practican algún tipo de deporte de contacto como es el rugby, fútbol y el
baloncesto, este tipo de deportista necesitan contar con una máscara de protección facial para
incorporarse con normalidad a sus actividades recreativas y mejorar su estilo de vida. Para lograrlo
es necesario elaborar una máscara de protección facial deportiva que responda a las necesidades
del usuario.
Según investigaciones realizadas en plataformas virtuales de comercialización de productos
como mercado libre Ecuador y OLX Ecuador, no se encontraron suministros de este tipo de
máscaras de protección facial deportiva. Un factor importante a considerar es el elevado costo de
importación del producto completo y de los materiales para su fabricación.
La aplicación de la tecnología de modelado digital en 3D está encaminada al diseño de este tipo
de productos y deben estar sujetos a los requerimientos y condiciones del usuario, cuya
interpretación de las especificaciones técnicas y de diseño deber ser la idónea tomando en cuenta
el tipo de lesión nasal del beneficiario.
El Diseño Industrial es importante, ya que vincula al proyecto de diseño y construcción de una
máscara de protección facial deportiva para traumas nasales debido a la innovación que tiene por
evitar la toma de medidas antropométricas de la cara del usuario en físico, porque mediante las
imágenes médicas Digital Imaging and Communication On Medicine (DICOM) del cráneo se
puede obtener un modelo en 3D, en el que se trabajara en el diseño la máscara obteniendo como
resultado un diseño anatómicamente preciso al rostro, de esta manera logrará tener un aporte
práctico y teórico en el campo Ingenieria + Diseño + innovación (I+D+i).
2
Para realizar el presente proyecto, se ejecutará por fases a través de la metodología del libro de
Karl Ulrich, que busca desarrollar una máscara de protección facial deportiva con la
implementación de tecnología mencionada anteriormente y así determinar su factibilidad.
3
CAPÍTULO I
DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
1.1. Antecedentes
La pirámide nasal es la estructura más preponderante de la cara, está determina que los traumas
nasales sean las lesiones faciales más frecuentes, llegando a representar el 50% del total (Calderón
Elizondo, 2016).
Según las estadísticas en el año 2012 a nivel mundial los traumas nasales es el tercer tipo de
trauma más común en los seres humanos, de estas fracturas nasales son la complicación más
frecuente de las fracturas faciales en un 14% a 50%, mayormente estas lesiones nasales afectan a
personas jóvenes además el 68% de los traumas nasales tiene predominancia al sexo masculino, la
alta tasa de lesiones por trauma nasal se debe a que es una protuberancia que sobre sale el macizo
facial y es más fácil de lesionar que el resto de la cara, en estos se pueden ver afectadas las partes
blandas, el esqueleto óseo o cartilaginoso y como consecuencia pueden quedar secuelas tanto
funcionales como estéticas en las personas que sufrieron este tipo de daño, de ahí la importancia,
desde el punto de vista Médico legal, de saber cómo valorar estos casos y otorgar el porcentaje
justo y que merecen estas lesiones (Calderón Elizondo, 2016).
Dentro de los traumas de la cara tenemos que los traumatismos nasales, el 40% se producen en
accidentes de tránsito, el 20% se generan en accidentes domésticos, el 15% se da debido a
agresiones físicas, el 14% se suscitan por caídas casuales, mientras que el 3% se ocasionan por
accidentes laborales y 8% representa otros tipos de accidentes (Calderón Elizondo, 2016).
El Instituto Nacional de Estadística y Censo (INEN), informo que Ecuador tiene 17 096 789
habitantes hasta el 13 de octubre de 2018, de los cuales el 41,8% de los ecuatorianos de 12 años
4
en adelante ha sufrido un trauma nasal practicando algún tipo de deporte de contacto (INEN,
2018) y para su recuperación en Ecuador no se cuenta con máscaras de protección facial para
ejercer una actividad normal y deportiva.
En el Ecuador el 24,2% de las personas entre 18 y 59 años dedica a la semana 150 minutos a la
actividad física en su tiempo libre. El 69,2% lo hacen en espacios públicos, el 30,9 en
establecimientos educativos, mientras que el 7,7% lo hace en su propia casa (INEN, 2018).
En su tratamiento inicial se observa un alto porcentaje de deformidad nasal postraumática, que
oscila entre el 14% y 15%, según Calderón Elizondo (2016) se debe a lo siguiente:
a) Edema postraumático.
b) Lesiones septales no diagnosticadas.
c) Escasa colaboración por parte de algunos pacientes.
Las fracturas del esqueleto nasal se encuentran entre los tipos más frecuentes de lesiones
deportivas en la cara, los síntomas y signos de las fracturas nasales son la desviación de los huesos
de la nariz, hematoma y edema de los tejidos blandos (Roald & Maehlum, 2007).
Para un diagnóstico correcto, el médico debe evaluar golpes en la zona de la nariz, movilidad y
crepitación del esqueleto nasal, sangrado, hematoma y disminución del flujo del aire de la nariz.
Las fracturas nasales se diagnostican con radiografías laterales, pero la necesidad de un tratamiento
quirúrgico depende de la evaluación clínica (Roald & Maehlum, 2007).
Se debe derivar al paciente a un especialista de nariz, debe evacuarse el hematoma del tabique,
el tratamiento más frecuente es la reubicación del hueso nasal a cielo cerrado, que deberá realizarse
de inmediatamente de la lesión o 3 a 7 días más tarde, cuando la tumefacción ha cedido, el
5
pronóstico es bueno. El paciente debe usar una férula protectora o una máscara facial durante
cuatro semanas cuando participe en un entrenamiento o competición (Roald & Maehlum, 2007).
Para el arreglo de desplazamiento o fracturas nasales, es posible que el medico pueda volver a
alinear la nariz de forma manual, o quizás necesite someterse a una cirugía
a) Realineación manual. Si la rotura desplaza los huesos y el cartílago de la nariz, es posible que
el médico pueda realinearlos de forma manual, esto debe realizarse dentro de los 14 días
después de que se produjera la fractura, lo recomendable es realizarse antes de este tiempo,
durante este procedimiento el médico realiza lo siguiente:
Administrar medicamentos a través de una inyección o un aerosol nasal para aliviar el
malestar.
Abre las fosas nasales con un espéculo nasal.
Usa instrumentos especiales para ayudar a realinear los huesos y el cartílago roto.
El médico también entablillará la nariz usando compresas y un vendaje por fuera. A
veces, también se necesita una férula interna por un período breve. Las compresas, en
general, deben dejarse dentro de la nariz durante una semana. Además, te van a recetar
antibióticos para prevenir una infección por las bacterias que normalmente se
encuentran en la nariz.
b) Cirugía. Las fracturas, múltiples o graves, que no se traten por más de 14 días no se
consideran candidatas para la realineación manual. En estos casos, puede ser necesaria una
cirugía para realinear los huesos y volver a modelar la nariz.
Si la fractura dañó tu tabique nasal y causa una obstrucción o dificultad para respirar, se
puede recomendar una cirugía reconstructiva. La cirugía se suele realizar como paciente
ambulatorio.
6
1.2. Planteamiento del Problema
De acuerdo a lo mencionado en los antecedentes, es evidente señalar que las fracturas de la
nariz son el resultado de accidentes deportivos, accidentes de tránsito, agresiones físicas y caídas
casuales. Problema que va en crecimiento dentro del país y en el mismo no se cuenta dentro del
mercado local con las máscaras de protección facial deportivas, así mismo no existen empresas a
nivel Nacional que realicen este tipo de máscaras de protección facial deportivas.
Es pertinente mencionar que, ante la falta de accesibilidad, el diseño de estas máscaras de
protección facial que venden en Europa no siempre cumplen con los requerimientos y sugerencias
de la opinión médica, debido a que se realizan con medidas genéricas que no ayudan de una manera
adecuada a la recuperación del paciente por lo que no se adapta a la fisonomía del mismo y por
otro lado radica en el alto costo adquisitivo y el tiempo de llegada al país es lento.
La importancia de las máscaras de protección facial deportivas personalizadas se debe a que
la antropología del rostro humano es única e irrepetible debido a que los rasgos faciales de cada
persona son diferentes, como es el caso del tamaño y forma de la cara, dimensión de los ojos los
cuales pueden estar más separados y que la nariz tenga un mayor volumen siendo más grande y
ancha, por lo tanto se concluye que la fisonomía de cada persona es exclusiva por lo cual el diseño
de la máscara debe adaptase con exactitud y precisión a la simetría del rostro humano, para que
el deportista pueda desempeñarse con normalidad en sus actividades.
Dentro de la exploración se realiza un testeo de la importancia del uso de una máscara de
protección facial deportiva para personas aficionadas al deporte y atletas de alto rendimiento, para
proteger su nariz durante la recuperación de una cirugía nasal y también para cuidar la misma
cuando se encuentre practicando algún tipo de deporte de contacto como es fútbol, baloncesto,
rugby y entre otros deportes.
7
1.3. Formulación del Problema
¿Cómo diseñar una máscara de protección facial deportiva personalizada a partir de imágenes
médicas DICOM del cráneo, para personas aficionadas al deporte y atletas de alto rendimiento, la
cual proteja y garantice el cuidado de la nariz durante la rehabilitación médica y al momento de
practicar algún tipo de deporte de contacto?
1.4. Objetivos Generales
1.4.1. Objetivos Generales
Diseñar una máscara de protección facial deportiva para traumas nasales con materiales
compuestos a partir de imágenes médicas DICOM del cráneo.
1.4.2. Objetivos Específicos
Estudiar los requisitos y necesidades del usuario.
Usar un software de tratamiento de imágenes médicas DICOM para el diseño de una
máscara de protección facial deportiva.
Seleccionar el material compuesto idóneo para la máscara de protección facial
deportiva.
Validar el funcionamiento del diseño de la máscara de protección facial a través de un
software de simulación Computer Aided Engineering (CAE).
Construcción y validación de la máscara de protección facial deportiva
1.5. Justificación
Los deportistas que practican algún tipo de deporte de contacto como es el rugby, fútbol, y el
baloncesto, en los campos de juego donde se practican este tipo de deportes generalmente se
producen lesiones faciales especialmente en la zona de la nariz debido al contacto físico y al
8
impacto de una pelota en el rostro, con el fin de proteger de golpes a deportistas que hayan sufrido
alguna clase de lesión en el área de la nariz, para esos deportistas las máscaras de protección facial
deportiva puede facilitar que el individuo consiga realizar sus actividades deportivas con
normalidad.
Para esta clase de deportistas las máscaras pueden facilitar la práctica deportiva en función de
su diseño ya que son creadas de manera personalizada con requerimientos de comodidad, ser
ligeras, resistentes y de facial manejo, para acoplarse correctamente de una manera exacta y precisa
a la fisonomía de la cara del usuario sin afectar el rendimiento del deportista.
Este tipo de protecciones se usan principalmente en el deporte para poder volver a la práctica
deportiva después de haber sufrido alguna lesión en la cara (fracturas de huesos propios de la nariz,
pómulos, cejas y maxilares, etc.).
En la actualidad en el Ecuador no es común ver a deportistas usando este tipo de máscaras de
protección facial deportivas, una de las causas radica en el elevado precio de venta además dentro
del país no existe empresas ni comercios que se dediquen a la fabricación y venta de protecciones
para la nariz, como también se debe a la poca cultura de utilizar este tipo de protecciones faciales
en los deportistas.
1.6. Alcance y Limitaciones de la Propuesta
El proyecto se centrará en el diseño y fabricación de un prototipo de una máscara de protección
facial deportiva para el caso específico de una persona que haya sufrido algún tipo de trauma nasal,
estandarizando la elaboración del diseño debido a que la máscara debe poseer las medidas
antropológicas del rostro del usuario para adaptarse correctamente a su fisonomía. El diseño será
9
evaluado mediante un software de simulación CAE que permita realizar una simulación de impacto
para verificar la factibilidad del mismo.
Para el desarrollo del proyecto se va a encuestar a varias personas que hayan sufrido de algún
tipo de trauman nasal, debido a que se va trabajar con imágenes médicas DICOM del cráneo de
una sola persona en específico por lo cual se va a realizar la fabricación y validación de una sola
máscara de protección facial deportiva.
Para los requisitos del producto se implantará un Quality Function Deployment (QFD) en donde
determinaremos las características y requerimientos del usuario para el diseño de la máscara,
además se realizará una matriz de para la toma de decisiones sobre diseño.
10
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1. Máscara
La máscara es un adaptador facial utilizados por los seres humanos desde tiempos muy remotos
con el propósito de cubrir, la cabeza, boca, nariz, ojos y el mentón (Cortés Diáz, 2007, pág. 490).
2.1.1. Máscara de protección facial integral
Las máscaras integrales protegen todo el rostro del humano incluidos los ojos, cejas, nariz,
pómulos, boca y el mentón, en especial son utilizadas para proteger las vías respiratorias y cuentan
con un visor de plástico en forma de pantalla que cubre todo el rostro de la persona lo que permite
una perfecta visión y protección ofreciendo comodidad excepcional y garantiza un alto nivel de
protección y permite que el usuario se pueda comunicar con facilidad, además esta máscara
integral se ajusta a la cabeza lo que impide la entrada del aire ambiente y se puede reutilizar varias
veces (Ferrer Ruiz, 2014, pág. 20).
2.1.2. Máscara de protección facial deportiva
Las máscaras de protección facial deportiva son utilizadas para varios deportes como el futbol,
futbol americano, béisbol, básquet entre otros, debido a que este deporte implica el contacto físico
y el impacto de pelotas en la zona de la cara, además se utiliza para la práctica deportiva
especialmente indicada para casos de lesiones de la nariz, cejas, orbitas de los ojos y pómulos,
pero en esencia la función de la máscara de protección facial deportiva es rechazar objetos o
impedir que golpeen o choquen contra el rostro del usuario (Eugene & Stephen F., 2002, pág. 664).
11
2.1.2.1. Necesidad de la máscara de protección facial deportiva
Las máscaras de protección facial deportiva personalizada son necesarias por los siguientes
aspectos.
Protegen la mandíbula, el mentón, el maxilar superior, la nariz, las cejas, los pómulos y
las orbitas de los ojos cuando se encuentre practicando un tipo de deporte de contacto.
Absorbe la energía del choque o del impacto.
Proporciona confort y seguridad al deportista al momento de realizar sus actividades
deportivas.
Permite respirar con comodidad al deportista debido que son ligeras.
Se pueden reutilizar varias veces debido a que son duraderas.
Permanecen ajustadas al rostro del deportista durante la práctica deportiva.
2.2. Otorrinolaringólogo
Un otorrinolaringólogo es un médico entrenado en el manejo y tratamiento, tanto como médico
y quirúrgico de pacientes como niños y adultos, con enfermedades oftalmológicas o problemas
que afectan a los oídos, la nariz, senos paranasales, cavidad oral y faringe superior (boca y
garganta) y estructuras relacionadas en la cara y cabeza, sim embargo en la práctica habitual por
cada 13 personas que necesitan tratamiento médico, solo uno necesitara cirugía (Bruce W & Bruce
W, 2006, pág. 9).
2.3. Cirujanos maxilofaciales
Un cirujano maxilofacial posee las competencias de un médico quirúrgico que se ocupa de la
prevención, diagnóstico, tratamiento y reconstrucción de fracturas de la cara ocasionados por
12
traumatismos, y la cirugía ortognática para corregir las deformidades cráneo faciales como los
aumentos verticales y horizontales del maxilar y la mandíbula (Raspall, 2001, pág. 1).
2.3.1. Trauma maxilofacial
Tanto la explicación de Eastman, Rosenbaum, & Thal (2010) los traumas maxilofaciales se
encuentran ligados a dos tipos de condiciones de riesgos vital como es la obstrucción de la vía área
y hemorragia, de acuerdo con Lafrancesco (2003) se considera que es a toda agresión contra los
maxilares incluyendo las piezas dentales, el complejo cigomático-malar, la nariz y las orbitas. La
mayoría de las fracturas faciales ocurre en personas jóvenes y adolescentes y son originadas en
peleas, accidentes de tránsito, prácticas deportivas, agresiones físicas entre otras por otro lado
cuando el paciente es víctima de un politraumatismo debe ser atendido por un grupo
interdisciplinario entrenado en el manejo del paciente traumatizado (Lafrancesco, 2003, pág. 18).
2.3.1.1. Fracturas del complejo nasal
Se denominan fracturas nasales, no sólo a aquellas que afectan a los huesos propios de la nariz,
sino también a las del septum, fractura-luxaciones, apófisis ascendentes de los maxilares y a todos
los componentes cartilaginosos que forman en andamiaje de la pirámide nasal (Martínez
Sahuquillo, 2016, pág. 59). Según Barret; Brown y Mcdowel, las fracturas nasales son las más
difíciles atender de toda la traumatología debido la poca atención que se les ha prestado y por lo
general pasan desapercibidas por la persona que sufre este tipo de trauma y por el traumatólogo,
por lo general una fractura nasal es el resultado de una lesión grave y hoy en día son las fracturas
más comunes en los deportistas lo cual ha hecho que la mayoría de casos las fracturas nasales
implican en sus lesiones a otros huesos no solo del tercio medio facial, además las fracturas
13
Adicional a la idea anterior, aunque las fracturas nasales son frecuentes en deportistas, tan
solo tienen repercusión clínica las fracturas que se encuentran desplazadas, las abiertas o las
que se asocian a hematoma del tabique nasal (Jenkins, 2003, pág. 46).
2.3.1.1.1. Clasificación de las fracturas nasales
De acuerdo a Martínez (2016) las desviaciones de las fracturas del complejo nasal dependen
de la dirección del impacto traumático y su extensión de la intensidad del mismo.
2.3.1.1.1.1. Fracturas deprimidas o con hundimiento antero-
posterior
Son aquellas que corresponden a traumatismos frontales, son lesiones que el hueso se fractura
en dos o más fragmentos y en casos especiales el hueso fracturado rompe tejidos vecinos y
atraviesa la piel, en general siempre existe participación del septum y cartílagos laterales, estos
son difíciles de reducir y de inmovilizar (Martínez Sahuquillo, 2016, pág. 61). Para un diagnóstico
radiológico rápido y seguro se realiza por a través de radiografía simple del cráneo por lo cual
deben realizarse tomas antero-posterior, lateral y perpendicular al hundimiento (Navarra Restrepo,
2006, pág. 222).
2.3.1.1.1.2. Fracturas lateralizadas o con desviación lateral
Son aquellas que son ocasionadas por traumatismo laterales de la nariz, por lo general son las que
ocurren a menudo y en ellas puede existir participación del septum (Martínez Sahuquillo, 2016,
pág. 61). Este tipo de traumatismo suele producir cambios tanto en la nariz interna como en la
nariz externa, es decir se produce una desviación de la pirámide y del septum que van a producir
dificultades respiratorias (Pérez Pousa, López Pérez , Fontela Coello, Piñeiro López, & Gonzáles
Cortes, 2018, pág. 3).
14
2.3.1.1.1.3. Fracturas asociadas o complejas
Son aquellas que pertenecen a las deprimidas, cuando por la intensidad del traumatismo estas
afectan a otros huesos del tercio medio facial o al frontal, estos traumatismos son los más
peligrosos por las lesiones asociadas que pueden conllevar (Martínez Sahuquillo, 2016, pág. 61).
Suelen asociarse con traumatismo demasiado violentos, las líneas de debilidad comprenden una
área que comienza en los huesos de la nariz, contornea el malar en su parte inferior, termina en la
apófisis pterigoides, una línea inferior horizontal que se extiende desde la parte inferior de la
escotadura nasal hasta las apófisis pterigoides, estos tipo de trauma también son más difíciles de
eliminar y conservar inmovilizadas (Cobo Plana & García Fernández, 2005, pág. 341).
Dentro de este tipo de fracturas comprende los siguientes:
2.3.1.1.1.3.1. Fracturas naso-etmoidales
A este tipo de fracturas también se les conoce como nasoorbitarias, son aquellas fracturas
nasales en las que una violenta acción traumática se aplica sobre el puente de la nariz, estas
fracturas por lo general se producen por el impacto contra el volante o el tablero de instrumentos
de un automóvil entre otros, por lo cual lo que se hunde es el fuerte complejo nasoetmoidal el
mismo que se encuentra formado por los huesos nasales, las apófisis frontales del maxilar superior
(Pera, 1996, pág. 16). Se trata de fracturas deprimidas y conminuta de la parte superior de los
huesos propios, que debido a la intensidad del traumatismo afecta a la lámina cribiosa del etmoides,
produciendo el desgarro de la duramadre y la salida del líquido cefalorraquídeo, estas fracturas se
deben tratar precozmente, ya que la reducción de los huesos propios, conlleva la de la lámina
cribiosa y por lo tanto la de la herida de la duramadre y el cese de la rinorrea (Martínez Sahuquillo,
2016, págs. 61,62).
15
Este tipo de fracturas se abordan mejor a través de una vía bicoronal con liberación del paquete
neuromuscular supraordinario por lo cual la disección se extiende hacia debajo de la línea de la
mitad para exponer los huesos nasales y la zona medial de las orbitas (Suárez Nieto, y otros, 2009,
pág. 2124).
Adicional a la idea anterior, de acuerdo con Suárez Nieto y otros (2009) se debe evaluar la
integridad del tendón del canto medical del ojo, que puede estar conectado a un fragmento de
hueso nasoetmoidal o separado del él por lo cual esta estructura se la conoce como fragmento
central (Suárez Nieto, y otros, 2009, pág. 2124).
Figura 1. Alambrado Transnasal para Fracturas Nasoetmoidales
Fuente: ( http://maxilofacialsanvicente.obolog.es/fracturas-naso-etmoido-orbital-228670)
2.3.1.1.1.3.2. Fracturas naso-frontales
De acuerdo con Martínez Sahuquillo (2016) se refiere a que se trata de un tipo de fracturas
deprimidas y continuas de los huesos propios de la nariz, por lo general en la mayoria de las veces
se asocia con lesiones de la lamina cribosa del etmoides y de canto interno del ojo que afectan en
mayor o menor parte al hueso frontal (Martínez Sahuquillo, 2016, pág. 62).
16
La fractura frontal de la zona de las líneas de entrecejo que es a la que se refiere con naso-
frontal, además en gran parte de la mayoría no suele estar desviada y por lo tanto no se debe realizar
algún tipo de tratamiento, pero en casos excepcionales se presentan verdaderos hundimientos de
la pared anterior del seno frontal que son de un tamaño considerable, que cubierto por el edema y
el hematoma, pueden pasar percibidos por lo cual cuando existe un hundimiento se debe realizar
un tratamiento del complejo nasal y levantar lo más rápido posible la parte de frontal hundido, si
no se lo realiza de inmediato será bastantemente difícil de alzar y se procederá a rellenar el
hundimiento con materiales alopáticos (Martínez Sahuquillo, 2016, pág. 62).
Este tipo de fracturas debido a su localización son de difícil manejo ya que se trata de un área
de complejidad anatómica y de difícil acceso, las mismas que producen secuelas considerables
estéticas y en la región orbitaria, en consecuencia, hay que estar pendiente y de manera periódica
hay que realizarse autoevaluación de la zona de la nariz y ver que no existan traumas frontales de
una magnitud considerables, en caso de existir este tipo de traumas se puede dar un colapso de las
estructuras nasales, frontales, etmoidales comprometiendo los ligamentos internos y el adecuado
drenaje del conducto frontonasal (Lafrancesco, 2003, pág. 20).
2.3.1.1.1.3.3. Fracturas naso-canto-interno lagrimales
De acuerdo con Martínez Sahuquillo (2016),son fracturas nasales deprimidas, conminuta de los
huesos propios y que se propagan a canto interno y hueso lagrimal, generando una pequeña
desorientación del ángulo interno de los parparos hacia el exterior con acrecentamiento del espacio
interorbitario, este tipo de fracturas suelen causar graves anormalidades tisulares y evidentemente
trastornos funcionales por lo que es esencial valorar su función adentro de todo el traumatismo
también esta clase de traumatismo por lo general suele estar acompañado de lesiones en los
17
ligamentos palpebral interno y lesiones de las vías lagrimales que se revelan por intensa epifora
(Martínez Sahuquillo, 2016, pág. 62).
2.3.1.1.1.3.4. Fracturas naso-maxiliares
De acuerdo con Martínez Sahuquillo (2016), son fracturas nasales impactadas y desviadas en
sentido póstero superior de todo el conjunto naso-maxilar, como muestra la figura N° 2, por lo
cual el procedimiento da inicio con la liberación de la impactación ósea, seguido de las lesiones
nasales (Martínez Sahuquillo, 2016, pág. 62).
Figura 2. Complejo naso-maxilar (Color azul)
Fuente: (Avellano Canisto, 2007, pág. 2)
2.3.1.1.1.3.5. Fracturas naso-canto-lágrimo-órbito-maxilares
De acuerdo con Martínez Sahuquillo (2016), estas fracturas afectan a todo el conjunto naso-
canto-lágrimo-orbito-maxilar, sin causar daño a los huesos malares, estos huesos se desplazan
hacia atrás y abajo con estiramiento de la cara y depresión del suelo de la órbita por lo cual el
procedimiento se empieza con la reducción y sujeción del maxilar, regulación del suelo orbitatorio
18
y reducción e inmovilización del complejo nasal, seria conocido como un caso de tipo de fractura
Le Fort II (Martínez Sahuquillo, 2016, págs. 62,63).
2.3.1.1.1.3.6. Fracturas naso-canto-lágrimo-máxilo-malares
De acuerdo con Martínez Sahuquillo (2016), este tipo de fracturas se trata cuando se presenta
un aplastamiento de todo el macizo óseo del tercio medio de la cara, se da a inicio el tratamiento
con la reducción con la reducción y sujeción de los malares, a continuación, con los dos maxilares
y finalmente la del complejo nasal propiamente dicho (Martínez Sahuquillo, 2016, pág. 63).
2.3.1.1.2. Fracturas de la pirámide nasal
De acuerdo con Lafrancesco (2003) , toda pirámide nasal se encuentra cubierta por una capa de
músculos de la mímica, en consecuencia por ser la nariz la parte de la cara que más sobresale,
frecuentemente la nariz está expuesta a sufrir un traumatismo por lo general esto ocurre cuando la
parte ósea de la nariz se quiebra (Lafrancesco, 2003, pág. 20).
2.3.1.2. Diagnóstico de las fracturas nasales
La historia clínica sigue siendo la base fundamental para la toma de decisiones y manejo de
fracturas y lesiones nasales, por lo general se recomienda llevar a un médico especialista en el
momento justo de sufrir una lesión en la nariz en el caso contrario de no haberlo hecho de
inmediato, dejando pasar algunos días, se debe realizar una evaluación actual del paciente para si
las fracturas que sufrió anteriormente necesitan de algún tipo de cirugía o un tratamiento manual,
por muy simple que se considere un traumatismo nasofacial no debemos olvidar nunca la posible
existencia de otras lesiones asociadas (Vallés, 2014, pág. 244).
Por lo general se recomienda mientras se realiza la historia clínica del paciente se debe hacer
una inspección visual y evidenciar epistaxis (unilateral o bilateral), edema y tumefacción,
19
hundimiento del dorso o paredes laterales, desviación lateral, cutáneas, telecanto (sobre todo en
las fracturas nasoetmoidales) (Navarrete Arias, 2015, pág. 277).
A continuación cuando se haya realizado la historia clínica y observado al paciente se procede
a empezar con examen físico, en donde la palpación es la parte primordial para definir un
diagnóstico, se realiza una evaluación del dorso y la paredes laterales, crepitación (si la fractura
esta impactada puede que no aparezca), ya definidos estos puntos, debemos siempre realizar la
rinoscopia, para visualizar el tabique y ver si está desviado, luxado y descartar hematomas septales
(Navarrete Arias, 2015, pág. 277).
Para complementar la idea anterior, por último se procede a pedir las imágenes radiológicas
del paciente, las que generalmente se solicitan son las radiografías simples de los huesos propios
(perfilograma) y laterales del cráneo y placa de Wtaers, o con una escenografía, mediante
alguno de ellos se puede realizar un diagnóstico del paciente (Navarrete Arias, 2015, pág. 277).
2.3.1.3. Tratamiento de los traumatismos nasales
El manejo de las fracturas nasales debe individualizarse según el mecanismo de lesión, las
expectativas del paciente y el conocimiento y habilidades del profesional que lo atienda, el
principal objetivo del tratamiento es restablecer la función respiratoria normal y la armonía
estructural de la nariz, es decir solo se indica la reducción de la fractura nasal cuando esta alterada
la forma de la nariz o se comprueba la existencia de un desplazamiento óseo deformante en las
radiografías (Vallés, 2014, pág. 248).
2.3.1.3.1. Reducción cerrada
El tratamiento consiste en la manipulación de la pirámide y del septo, que se lo puede realizar
con anestesia local o anestesia general, por lo cual para el caso de la anestesia local se puede
20
realizar bloqueos regionales de los nervios infraorbitarios e infratrocleares, al igual que la
impregnación con lidocaína tópica de la mucosa nasal mediante aerosol (Morales Uribe & Isaza
Jiménez, 2004, pág. 269).
Cuando se trata de una fractura exclusiva de los huesos propios, con un tabique en situación
normal se procede a aplicar una técnica de reducción cerrada la misma que mediante presión digital
y con ayuda de un instrumento plano introducido en la fosa nasal, se eleva el fragmento óseo
desplazado también se puede facilitar utilizando unas pinzas Asch o en su defecto una pinza recta
protegida con dedos de guante o cintas adhesivas, como lo muestra la Figura 3 (Vallés, 2014, pág.
248).
Cuando el edema es marcado, la reducción se puede aplazar como máximo 7 días si es el caso
de niños y en el caso de los adultos se puede aplazar como máximo 14 días, ya que pasado este
tiempo se genera una consolidación ósea y se requiere una rinoseptoplastia para la corrección, por
lo general en este caso es mejor diferir a unos tres meses la cirugía para que en todo este tiempo
se haya remodelado el callo óseo para evitar conminaciones, después de la reducción se puede
aplicar un taponamiento endonasal de 3 a 5 días y una férula externa de 7 a 14 días para conservar
la posición del hueso fracturado (Morales Uribe & Isaza Jiménez, 2004, pág. 269).
Para completar la idea anterior, cabe anotar que, a pesar de los esfuerzos realizados por
médicos especialistas en las maniobras de una reducción cerrada, por lo general al menos la
mitad de las fracturas quedan con alguna mal posición ósea residual que puede generarse una
obstrucción respiratoria, lo que obliga a una cirugía correctora posteriormente (Morales Uribe
& Isaza Jiménez, 2004, pág. 270).
21
Figura 3. Maniobra para reducir una fractura de nariz mediante pinza Asch
Fuente: (Morales Uribe & Isaza Jiménez, 2004, pág. 270)
2.3.1.3.2. Reducción abierta
La reducción abierta está indicada en las fracturas conminutas, desviaciones septales
obstructivas, desplazamiento del borde caudal del septum, fracturas expuestas, fracturas antiguas
y en la totalidad de los casos mal realizados de la reducción cerrada, además esta reducción abierta
de una fractura nasal se realiza generalmente cuando hay una laceración que permite la
manipulación ósea directa las misma que puede ser estabilizada con un taponamiento nasal y
férulas externas (Dibildox Martínez, 2017).
También se utiliza con técnicas de rinoplastia cerrada o por un abordaje externo a través de una
herida preexistente o mediante las incisiones de la rinoplastia externa que permite la visualización,
estabilización y fijación correcta de los huesos y los cartílagos de la nariz, sin embargo en los casos
inestables o con pérdida de hueso, piel o cartílago, se fijan los fragmentos con microplacas,
tornillos, alambres injertos de mucosa, piel o cartílago mediante un abordaje quirúrgico abierto
(Vallés, 2014, pág. 249).
22
De acuerdo con Vallés (2014), suele suceder que al retirar el taponaiemto generalmente se
puede observar una desviacion septal o de la piramide nasal que necesitara una correcion a traves
de una rinoseptoplastia.
2.3.1.3.3. Fracturas nasales en los niños
En los niños es difícil realiza un diagnostico efectivo en fracturas y dislocaciones de la pirámide
nasal para su tratamiento debido a las dimensiones pequeñas de la nariz y la escasa colaboración
del infante, si se presenta una hinchazón generalmente puede causar de un edema o hematoma por
lo cual se debe realizar exámenes de inspección y palpitación a los 2 o 3 días cuando se baje la
hinchazón de los tejidos blandos (Nolest Trenité, 2016, pág. 179).
La afectación de un punto de osificación tendrá consecuencias tardías sobre la morfología
debido a que en los niños no se han osificado los huesos y pueden alargar en caso de un trauma
nasal, por esta razón el 2/3 de las deformidades de los adultos tiene su origen de traumatismo
cuando eran niños (Vallés, 2014, pág. 249).
Es de suma importancia considerar que en los recién nacidos no se deben colocar ningún tipo
de taponamiento nasal para no dificultar la respiración del niño, la mayoría de médicos
especialistas considera que se debe proceder a una cirugía nasal desde los 17 años en adelante
cuando termine la etapa de la adolescencia, debido a que los huesos, cartílagos ya se encuentran
bien formados, en casos excepcionales se debe realizar cirugías a menores de 17 años cuando la
ocasión lo amerite (Vallés, 2014, pág. 249).
2.3.1.3.3.1. Férula para la nariz
Frecuentemente los resultados estéticos para la corrección de fracturas nasales es beneficioso
colocar una férula para proteger la nariz, la misma que debe ser colocada por médicos especialistas,
23
esta férulas realiza la función de inmovilizar los huesos propios de la nariz y el tabique nasal al
mismo tiempo para recordarle al usuario que debe tener cuidado con ella al momento de realizar
sus actividades diarias, por lo cual las férulas nasales ayudan a dar soporte a las estructuras de la
nariz y fosas nasales después de un tratamiento o cirugía, el médico especialista determinara que
tiempo necesario deberá utilizar el paciente (Pacheco Sánchez, 1998, pág. 427).
2.4. Materiales compuestos
En la ciencia de materiales reciben el nombre de materiales compuestos aquellos que están
formados por la unión de dos o más componentes que da lugar a uno nuevo con propiedades y
características especificas (Besednjak, 2009, pág. 15).
Los materiales compuestos son materiales de ingeniería considerablemente comunes en el
mundo que nos rodea sin embargo pueden parecer materiales desconocidos usados solo por
personas especializadas y por técnicos en ciencia de materiales, estos materiales son usados
generalmente en el mundo de los deportes debido a sus propiedades puesto que son más fuertes y
resistentes a los materiales tradicionales, el material compuesto en los últimos 30 años ha crecido
evidentemente en la industria aeronáutica, marítima, deportiva, automotriz entres otras (Ashby &
Jones, 2009, pág. 324).
Para complementar con la idea anterior en los últimos 30 años los materiales compuestos
se han desarrollado eficazmente con fibras, empezando con los polímeros reforzados con fibra
de vidrio y fibra de carbono los mismo que están sustituyendo a los metales para la construcción
de transportes marítimos, aeronáuticos y terrestres (Ashby & Jones, 2009, pág. 324).
24
2.4.1. Clasificación de los materiales compuestos
2.4.1.1. Reforzado con partículas
Las partículas de su fase dispersa son equiaxiales de dimensiones iguales en todas las
direcciones, por lo general en la mayoría de los materiales compuestos la fase dispersa es más dura
y resistente que la matriz y las partículas de refuerzo tienden a restringir el movimiento de la matriz
en las proximidades de cada partícula, en esencia la matriz transfiere parte del esfuerzo aplicado a
las partículas, las cuales soportan una parte de la carga, en efecto el grado de reforzamiento o de
mejora del comportamiento mecánico depende de la fuerza de cohesión en la que intersecara
matriz-partícula (Callister, 1996, pág. 534); esta clase de materiales compuestos se encuentran
subdividas en reforzados con partículas grandes y consolidados por dispersión .
2.4.1.1.1. Materiales compuestos con materiales grandes
En algunos materiales se ha añadió algún tipo de relleno como es el caso de los materiales
poliméricos que son realmente materiales compuestos con partículas grandes, en este caso el
material de relleno modifica o mejora las propiedades mecánicas del material base o simplemente
reemplazan una parte del volumen del material polimérico, por un material más barato en el relleno
(Callister, 1996, pág. 534).
2.4.1.1.2. Materiales compuestos consolidados por dispersión
La resistencia y la dureza de los metales y de las aleaciones metálicas pueden aumentarse
mediante la dispersión uniforme de finas partículas de material muy duro e inerte en cantidades
correspondientes a varios porcentajes en volumen, de igual forma la fase dispersa puede ser
metálica o no metálica por lo general se utilizan óxidos, sin embargo el mantenimiento de
resistencia se mantiene a elevada temperatura durante prolongados periodos de tiempo debido a
25
que las partículas dispersas se han escogido por su falta de reactividad con la matriz (Callister,
1996, pág. 539).
2.4.1.2. Reforzado con fibras
Los materiales compuestos reforzados con fibras son diseñados con el propósito de elevar la
resistencia y rigidez a baja densidad, estas características se expresan mediante los parámetros de
resistencia específica y modulo especifico, lo mismos que corresponden proporcionalmente con
las relaciones entre la resistencia a la tracción y el peso específico y entre el módulo de elasticidad
y el peso especifico (Callister, 1996, pág. 539).
2.4.1.2.1. Influencia de la longitud de la fibra
Los materiales compuestos reforzados con fibras tienen características mecánicas que no solo
dependen de las propiedades de la fibra, sino también en el grado en que una carga se transmite a
la fibra por medio de la fase matriz, en este proceso de transmisión de carga es muy importante la
magnitud de la unión en la intercala de las fases de la matriz y fibra, por lo cual al aplicar un
esfuerzo de tracción, la unión fibra-matriz cesa en los extremos de la fibra y en la matriz se genera
un patrón de deformación, en otras palabras, en los extremos de la fibra no hay transmisión de
carga desde la matriz (Callister, 1996, pág. 540).
Figura 4. Patrón de deformación en una matriz que rodea a una fibra sometida a un esfuerzo de
tracción
26
Fuente: (Callister, 1996, pág. 540)
2.4.1.2.2. Influencia de la orientación y de la concentración de la fibra
En los materiales compuestos reforzados con fibras la disposición u orientación de las fibras y
su concentración y distribución influyen radicalmente en la resistencia, por esto las fibras
continuas normalmente se alienan, mientas que las fibras discontinuas se pueden alinear o bien se
pueden orientar al azar o alinearse parcialmente, totalmente las mejores propiedades de los
materiales compuestos se consiguen con la distribución uniforme de la fibra (Callister, 1996, pág.
540).
2.4.1.2.2.1. Material compuesto con fibras continuas y alineadas
Carga longitudinal. Las propiedades de un compuesto con fibras alienadas tienen carácter
altamente aniso trópico, esto es, depende de la dirección en que se miden, particularmente conviene
considerar la deformación de este tipo compuestos originada por un esfuerzo aplicado a lo largo
de la dirección de alineamiento (Callister, 1996, pág. 542).
Figura 5. Representaciones esquemáticas de compuestos reforzados con fibras continuas y alineadas
Fuente: Elaboración propia basa en (Callister, 1996, pág. 542)
27
2.4.1.2.2.2. Materiales compuestos con fibras discontinuas y
alienadas
Aunque la eficacia del reforzamiento con fibras discontinuas es inferior a la originada con fibras
continuas, los materiales compuestos reforzados con fibras discontinuas y alienadas tienen una
importancia cada vez mayor, particularmente las fibras de vidrio cortadas se utilizan bastante al
igual que las fibras discontinuas de carbono y de aramida. Estos compuestos con fibras cortadas
alcanzan módulos de elasticidad y resistencia a la tracción de aproximadamente el 90% y el 50%,
respectivamente de los materiales compuestos con fibras continuas (Callister, 1996, pág. 546).
Figura 6. Representaciones esquemáticas de compuestos reforzados con fibras discontinuas y
alineadas
Fuente: Elaboración propia basada en (Callister, 1996, pág. 542)
2.4.1.2.2.3. Materiales compuestos con fibras discontinuas y
orientadas al azar
Habitualmente, cuando los materiales compuestos tienen fibras orientadas al azar, estas suelen
ser discontinuas y cotas, en estas circunstancias, el módulo de elástico de los materiales reforzados,
tanto si las fibras están alineadas como si encuentran orientadas al azar, aumenta al incrementarse
a la fracción de volumen de la fibra (Callister, 1996, pág. 547).
28
Figura 7. Representaciones esquemáticas de compuestos reforzados con fibras discontinuas y
orientadas al azar
Fuente: Elaboración propia basada en (Callister, 1996, pág. 542)
2.4.1.2.3. Fibras y matrices
La fase matriz de un material compuesto con fibras ejerce varias funciones, en primer lugar,
una las fibras y actúa como un medio que distribuye y transmite a las fibras los esfuerzos externos
aplicados mediante esto solo una pequeña fracción del esfuerzo aplicado es resistido por la matriz,
además la matriz debe ser dúctil y por otra parte el módulo elástico de la fibra debe ser mucho
mayor que el de la matriz. En segundo lugar la matriz cuidad y protege las fibras del deterioro
superficial que puede resultar la abrasión mecánica o de reacciones químicas con el medio
ambiente por lo cual estas interacciones introducen defectos superficiales capaces de originar
gritas de una fibra a otra que originan fallos catastróficos, en otras palabras la matriz actúa como
una barrera que evita la propagación de las grietas (Callister, 1996, pág. 550).
Generalmente se utilizan polímeros y metales como matriz debido a que son materiales dúctiles,
por lo cual los metales más utilizados para reforzar las fibras son el aluminio y el cobre , por otro
lado los polímeros se utiliza como material matriz en la mayoría de aplicaciones de materiales
29
compuestos debido a sus propiedades y a la facilidad de fabricación, generalmente la mayoría de
los polímeros termoplásticos y termoestables se utilizan como matriz (Callister, 1996, pág. 550).
2.4.1.2.3.1. Fibras de carbono
La fibra de carbono es un material compuesto, no metálico de tipo polimérico que está
compuesto por una matriz, parte del material llamada fase dispersante que da forma a la pieza,
también llamada resina que contiene un refuerzo o base dispersa a base de fibras, este caso de
carbono, cuya materia prima es el polietinitrilio, de propiedades mecánicas elevadas y muy ligero,
no obstante, cada filamento de carbono es la unión de muchos miles de filamentos (Zamudio
Periago, 2009, pág. 13).
Como la fibra de carbono es un materia amorfo, las hojas de átomo de carbono se encuentran
azarosamente foliadas, apretadas o juntas, integrándose las hojas entre capas, lo que incrementa
grandemente su resistencia por lo cual al calentarse un filamento de carbono, este se hace más
grueso y más corto, normalmente son de color negro, aunque recientemente se presentan al
mercado fibras coloreadas (Zamudio Periago, 2009, pág. 13).
2.4.1.2.3.2. Fibras de vidrio
Se han usado muchas composiciones diferentes de vidrios mineral para producir fibras, las más
comunes están basadas en la sílice (SiO2) con adiciones de óxido de calcio, boro, sodio, hierro y
aluminio generalmente estos vidrios son normalmente amorfos, aunque pueda producirse una
ligera cristalización después de un calentamiento prolongado de altas temperaturas. Esto conduce
normalmente a una reducción de las propiedades de resistencia (Hull, 2010, pág. 16).
Entre sus propiedades podremos resaltar el ser un buen aislamiento térmico inerte entre ácidos,
sin embargo, la fibra de vidrio puede moldearse con mínimos recursos y es suficiente la habilidad
30
artesana, generalmente se utiliza en la laminación de encajes para prótesis u otros dispositivos
ortopédicos. Su elevada resistencia mecánica, su baja densidad y su gran resistencia a agentes
externos y a las variaciones de temperatura conservando su forma, hacen de ella un material óptimo
(Zamudio Periago, 2009, pág. 14).
2.4.1.3. Estructural
Esta clase está formada tanto como por materiales compuestos como por materiales
homogéneos y sus propiedades no sólo dependen de los materiales constituyentes sino de la
geometría del diseño de los elementos estructurales (Callister, 1996, págs. 556,557).
2.4.1.3.1. Materiales compuestos laminares
Esta clase de material consta de una lámina o paneles que tiene una dirección preferente con
elevada resistencia, la como ocurre en la madera y en los plásticos reforzados con fibras continuas
y alineadas, generalmente las capas se apilan y luego se pegan entre sí, de modo que la orientación
de la dirección de elevada resistencia de las sucesivas capas, como por ejemplo en la madera
contrachapada, las direcciones de elevada resistencia de las sucesivas capas formas ángulos llanos
entres si (Callister, 1996, pág. 557).
Estas laminas también se pueden construir utilizando materiales plásticos para la matriz y
algodón, papel o fibra de vidrio tejida como material de refuerzo, asa un material compuesto
laminar es resistente en varias direcciones del plano bidimensional (Callister, 1996, pág. 557).
31
Figura 8. Apilamiento de capas reforzadas en sucesivas orientaciones para construir un material
compuesto laminar
Fuente: (Callister, 1996, pág. 556)
2.4.1.3.2. Paneles sándwich
Esta clase de material compuesto por paneles de sándwich en dos laminas externas fuertes, o
caras separadas por una capa de material menos denso, o núcleo, que tiene baja rigidez y baja
resistencia consecuentemente las caras resisten la mayor parte de las cargas en el plano, el
comportamiento y las prestaciones del panel varían en gran medida en función de los materiales
utilizados, sus espesores, su rigidez y la coherencia anclada entre el núcleo y cara (Callister, 1996,
pág. 558).
32
Figura 9. Diagrama esquemático de la fabricación de un panel de sándwich con un núcleo en panal
Fuente: (Callister, 1996, pág. 557)
2.4.2. Materiales compuestos comparados con materiales convencionales
El uso de los materiales compuestos reforzados con fibras ha tenido un crecimiento acelerado
en los últimos años con respecto al uso de los mismo en la ingeniería, el rápido crecimiento se
alcanzado por la sustitución de los materiales tradicionales, principalmente como es el caso de los
metales, esto sugiere que en algunos casos los materiales compuestos tienen mejores propiedades
mecánicas superiores,los materiales reforzados con fibras no tienen una clara ventaja,
particularmente cuando se observa que su alargamiento de rotura es mucho menor que en los
metales con resistencia comparable, sin embargo las ventajas de los materiales compuestos
aparecen cuando se considera el módulo de elasticidad por unidad de peso (modulo especifico) y
la resistencia por unidad de peso (resistencia especifica) (Hull, 2010, págs. 3,4).
33
2.4.3. Cálculo de las propiedades de un material compuesto
2.4.3.1. Densidad
Cuando una fracción de volumen f de un refuerzo r (densidad 𝜌𝑟) se mezcla con una fracción
de volumen (1-f) de una matriz m (densidad 𝜌𝑚) para formar un compuesto sin porosidad residual,
la densidad 𝜌 compuesta es dado exactamente por una regla de mezclas (una media aritmética,
ponderada por fracción de volumen) (Ashby M. F., 2005, pág. 350).
𝜌 = 𝑓𝜌𝑟 + (1 − 𝑓) 𝜌𝑚 ( 1)
La geometría o la forma del refuerzo no importa, excepto para determinar la fracción de
empaquetamiento máxima del refuerzo y, por lo tanto, el límite superior para 𝑓 (Ashby M. F.,
2005, pág. 350).
2.4.3.2. Módulo
El módulo de un compuesto está entre corchetes por los conocidos límites de Voigt y Reuss.
El límite superior, 𝐸𝑢 se obtiene postulando que, al cargar, los dos componentes sufren la misma
tensión; la tensión es entonces el promedio de volumen de las tensiones locales y el módulo
compuesto sigue una regla de mezclas (Ashby M. F., 2005, pág. 350).
𝐸𝑢 = 𝑓𝐸𝑟 + (1 − 𝑓)𝐸𝑚 ( 2)
Aquí 𝐸𝑟 es el módulo de Young del refuerzo y 𝐸𝑚 el de la matriz. El límite inferior, 𝐸𝐿 se
encuentra postulando en cambio que los dos componentes llevan el mismo esfuerzo; la
deformación es el promedio de volumen de las deformaciones locales y el módulo compuesto es
(Ashby M. F., 2005, pág. 350).
34
𝐸𝑚𝐸𝑟 𝐸𝐿 =
𝑓𝐸 + (1 − 𝑓)𝐸 𝑚 𝑟
( 3)
Son posibles límites más precisos, pero los simples son adecuados para ilustrar el método
(Ashby M. F., 2005, pág. 350).
2.4.3.3. Fuerza
A medida que aumenta la carga en un compuesto, la carga se redistribuye entre los
componentes hasta que se produce el rendimiento general o la fractura de un componente. Más
allá de este punto, el material compuesto ha sufrido deformación o daño permanente; lo definimos
como la fuerza del compuesto. El compuesto es más fuerte si ambos componentes alcanzan su
estado de falla simultáneamente, ya que, si uno falla antes que el otro, el más débil determina la
fuerza. Por lo tanto, el límite superior es, como con el módulo, una regla de mezclas (Ashby M.
F., 2005, pág. 351).
(𝜎𝑓)𝑢 = (𝜎𝑓)𝑟 + (1 − 𝑓)(𝜎𝑓)𝑚 ( 4)
Donde (𝜎𝑓)𝑚 es la fuerza de la matriz y (𝜎𝑓)𝑟 es la del refuerzo. Un límite inferior es más
difícil. La literatura contiene muchos cálculos para casos especiales: refuerzo por fibras
unidireccionales, o por una dispersión diluida de esferas. Deseamos evitar los modelos que
requieren un conocimiento detallado de cómo se comporta una arquitectura particular, y buscar un
límite inferior menos restrictivo. Uno, consistente con el requisito de que los componentes del
compuesto no se separen en sus interfaces, se desarrolla en las referencias enumeradas en Lectura
adicional. Describe el "peor caso": una matriz continua, dúctil, que contiene partículas de refuerzo
fuertes; el límite inferior para la resistencia compuesta es entonces el límite elástico de la matriz
35
mejorado ligeramente por la restricción plástica impuesta por el refuerzo (Ashby M. F., 2005, pág.
351).
1
1 𝑓2
(𝜎𝑓)𝐿 = (𝜎𝑓)𝑚 (1 + 16
( 1)) 1 − 𝑓2
( 5)
2.4.3.4. Calor específico
Los calores específicos de sólidos a presión constante, 𝐶𝑝, son casi los mismos que los de
volumen constante, 𝐶𝑣. Si fueran idénticos, la capacidad calorífica por unidad de volumen de un
material compuesto, como la densidad, estaría dada exactamente por una regla de mezclas (Ashby
M. F., 2005, pág. 351).
𝜌𝐶𝑝=𝑓𝜌𝑟(𝐶𝑃)𝑟 + (1 − 𝑓)𝜌𝑚(𝐶𝑝)𝑚 ( 6)
Donde (𝐶𝑃)𝑟 es el calor específico del refuerzo y (𝐶𝑃)𝑚 es el de la matriz (las densidades
entran porque las unidades de 𝐶𝑃 son J / kg.K). Aparece una ligera diferencia porque la expansión
térmica genera un desajuste entre los componentes cuando se calienta el material compuesto; el
ajuste incorrecto crea presiones locales en los componentes y, por lo tanto, cambia el calor
específico. El efecto es muy pequeño y no necesita preocuparnos más (Ashby M. F., 2005, pág.
351).
2.5. Clasificación de las resinas
2.5.1. Resinas de poliéster
Son las resinas más utilizadas a escala mundial, ocupan un sitio destacado con más de 90% del
volumen de consumo entre las matrices termoestables y, dadas sus características son, las más
36
utilizadas en la construcción de embarcaciones en serie. Su coste es el más reducido entre todas
las matrices termoestables (Besednjak, 2009, pág. 27).
2.5.2. Resinas de viniléster
Las resinas termoendurecibles viniléster son relativamente recientes y están llamadas a tener
un gran desarrollo, a pesar de su coste elevado, de 1.5 a 2 veces superior al del poliéster clásicas.
Estas resinas son el resultado de una poliadición de resina epoxi sobre el ácido insaturado acrílico
(Miravete, 2012, pág. 54).
2.5.3. Resinas epoxi
La química de las resinas epoxi está basada en la capacidad del radical epóxido, para reaccionar
con un amplio rango de otros radicales orgánicos y efectuar enlaces cruzados sin la aparición de
un producto condensado. Las resinas son disfuncionales o polifuncionales, en términos del grupo
epóxido, y pueden estar basadas en estructuras alifáticas o estructuras aromáticas en forma de
columna vertebral. De hecho, la mayoría de las resinas utilizadas para procesos de laminación son
aromáticas pero algunas veces mezcladas con material alifático. Las resinas basadas en material
alifático son frecuentemente la base de los adhesivos o los sistemas de recubrimiento, donde su
flexibilidad mejorada es ventajosa (Miravete, 2012, pág. 47).
En general las resinas aromáticas dan superiores prestaciones en los materiales compuestos. La
resina se cura por reacción con un agente de curado y la reacción a menudo se controla mediante
el uso de catalizadores y aceleradores. Los sistemas de resinas comerciales son a menudo una
mezcla compleja de resinas, agentes de curado, catalizadores/aceleradores, modificadores
termoplásticos, y otros aditivos. De este modo estas resinas pueden ser adaptadas para reunir los
requerimientos, a menudo conflictivos, de altas prestaciones y facilidad de procesado (Miravete,
2012, pág. 47).
37
2.5.4. Resinas de ésteres cianato
Las resinas esteres cianato son matrices versátiles que ofrecen una elevada resistencia, dureza
y propiedades eléctricas y muy baja absorción de humedad. Además, mejoran la estabilidad
dimensional, eliminan la corrosión provocada por las impurezas de la resina y tienen una buena
reparabilidad (Miravete, 2012, pág. 55).
2.5.5. Resinas polieteramida
Se derivan de bisoxazolinas y fenólicas libres de formaldehido. Están diseñadas para competir
en coste y prestaciones con las resinas epoxi, bismaleimidas y poliimidas para aplicaciones de alta
temperatura. La inherente formulación termoestable de gran dureza ofrece estabilidad ante la
oxidación para altas temperaturas. Su resistencia a la tracción está en torno a los 195 MPa
(Miravete, 2012, pág. 56).
2.5.6. Resinas fenólicas
Se basan normalmente en la química de redisolución y fueron uno los primeros tipos de resina
utilizados para la producción de materiales compuestos. Estos materiales iniciales consistían en
unas telas textiles y mats o papeles impregnados con la resina y posteriormente curados. Diferentes
versiones de este tipo de resinas se han producido desde 1910. Encuentran su aplicación como
componentes aislantes en equipos eléctricos, reductores, y materiales que sufran desgaste
(especialmente donde la lubricación es mínima) y una gran variedad de materiales laminados en
forma de paneles con fines funcionales o decorativos (Mireles, 2008, pág. 77).
Las ventajas de las resinas fenólicas vienen dadas por su excelente estabilidad a elevadas
temperaturas y especialmente en su retardo a la llama y baja emisión de humo y gases tóxicos
cuando son expuestas al fuego. Al utilizarlas con refuerzos modernos (fibras de carbono o de
vidrio), las propiedades mecánicas son menores que cuando se utilizan los refuerzos con resinas
38
epoxi, pero su comportamiento frente al fuego y su comportamiento referente a las emisiones
tóxicas es superior. Los sistemas basados en resinas fenólicas se especifican generalmente en
aplicaciones con requerimientos críticos de comportamiento frente al fuego como por ejemplo los
interiores de la aviación comercial (Mireles, 2008, pág. 77).
2.6. Método de fabricación para plásticos con fibras de materiales compuestos
Tabla 1. Procedimientos de fabricación para plásticos reforzados con fibra
Procedimiento Resumen de los métodos de procesado y fabricación
Proceso en molde abierto
1. Método de contacto manual
(Hand lay-up)
Se colocan sobre el molde fieltros de fibra enrollada,
mechas trenzadas y otros tejidos hechos de fibras y se
impregnan con resina a brocha y pasando un rodillo, se
ponen capas hasta que llegue al espesor de diseño.
El molde cura sin calor ni presión
2. Proyección (Spray-up) Se proyectan simultáneamente hilos cortados y resina a
un molde preparado y se pasa el rodillo antes de que la
resina se endurezca
3. Saco de vacío, saco de
presión, autoclave
Se preimpregnan capas de fibras, normalmente hojas
unidireccionales, con resina y se curan parcialmente
(estado-β) para formar un pre-impregnado. Las hojas de
pre-impregnado se colocan en la superficie del molde en
orientaciones determinadas, se cubre con un saco
flexible, y se consolidan usando otro de vacío o de
presión en autoclave la temperatura de curado requerida
39
Procedimiento Resumen de los métodos de procesado y fabricación
4. Arrollamiento de filamentos Mechas o hilos continuos de fibra se pasan sobre rodillos
y guías pasan por un baño de resina y se enrollan después,
usando una maquina controlada por programas sobre un
mandril con ángulos preestablecidos. La resina cura
parcial o totalmente antes de sacar el componente,
normalmente un tubo, del mandril
5. Modelo de centrifugación Se introducen mechas de fibras y resina en un molde
rotatorio y se dejan curar en su sitio
Procesos con molde cerrado
6. Moldeo por compresión en
caliente
Las matrices o útiles, calientes y acoplados, se cargan con
materia prima (compuestos de hojas continuas SMC,
Premix o pasta DMC, tejido o pre-impregnado
unidireccional) y se comprimen para que se adapten a la
cavidad y curen
7. Moldeo por inyección
Modelo de transferencia
Se inyectan polímeros fundidos o en estado plástico
mezclados con fibras cortas, normalmente a alta presión,
en la cavidad de un molde ranurado y se deja solidificar
o curar
8. Pultrusión Una alimentación continua de fibras en una orientación
preseleccionada se impregna con resina y se comprime a
través de un útil calentado (trefila) para darle la forma de
la sección final como por ejemplo tubos o perfiles en I.
40
Procedimiento Resumen de los métodos de procesado y fabricación
Durante el paso por la matriz se produce un curado
parcial o total
9. Prensado en frío Un proceso de baja presión y baja temperatura en el que
las fibras se impregnan con resina y luego prensado entre
matrices coincidentes
Se genera calor durante la cura
10. Inyección de resina
Se colocan fibras en forma de tela en la herramienta que
luego se cierra. La resina se inyecta a baja presión en el
interior y fluye trajo las fibras para llenar el espacio del
molde
11. Moldeo por inyección de
reacción reforzada (RRIM)
Un sistema de resina de curado rápido que involucra dos
componentes que son mezclar inmediatamente antes de
usar la inyección. Las fibras se colocan en el molde
cerrado antes de inyectar la resina o agregarla como
picada corta fibras a uno de los componentes de resina
para formar una suspensión antes de la inyección
Fuente: Elaboración propia basada en (Hull, 2010, pág. 7)
2.7. Selección de materiales
2.7.1. Límites de atributos e índice material
Las restricciones establecen límites de propiedad. Los objetivos definen índices materiales, para
los cuales buscamos valores extremos. Cuando el objetivo no está acoplado a una restricción, el
índice de material es una propiedad de material simple. Cuando, en cambio, están acoplados, el
41
índice se convierte en un grupo de propiedades como las citadas anteriormente. Ambos se explican
a continuación. Comenzamos con dos ejemplos simples de los primeros objetivos no acoplados
(Ashby M. F., 2005, pág. 85).
2.7.1.1. Índices materiales cuando los objetivos se unen a restricciones
Piense por un momento en el más simple de los componentes mecánicos, ayudado por la Figura
10. La carga en un componente generalmente se puede descomponer en una combinación de
tensión axial, flexión, torsión y compresión (Ashby M. F., 2005, pág. 88).
Casi siempre, un modo domina. Tan común es esto que el nombre funcional dado al componente
describe la forma en que se carga: los lazos llevan cargas de tracción; las vigas llevan momentos
de flexión; los ejes llevan torques; y las columnas llevan cargas axiales compresivas. Las palabras
‘‘atar’’, ‘‘viga’’, ‘‘eje’’ y ‘‘columna’’ implican cada una función. Muchas funciones de ingeniería
simples se pueden describir con palabras simples o frases cortas, lo que ahorra la necesidad de
explicar la función en detalle. Aquí exploramos límites de propiedad e índices materiales para
algunos de estos (Ashby M. F., 2005, pág. 88).
Figura 10. Un tirante cilíndrico cargado (a) en tensión, (b) en flexión, (c) en torsión y (d) axialmente,
como una columna.
42
Fuente: (Ashby M. F., 2005, pág. 89)
2.7.1.2. Índice de material para un haz ligero y rígido.
El modo de carga que más comúnmente domina en ingeniería no es la tensión, sino la flexión:
piense en las viguetas del piso, en las alas, en los ejes de los palos de golf. Considere, entonces,
un haz de luz de sección cuadrada b*b y longitud L cargado en flexión. Debe cumplir una
restricción sobre su rigidez 𝑆, lo que significa que no debe desviarse más que 𝜎 bajo una carga F
que se presenta en la Figura 11. Encontramos una ecuación para la rigidez 𝑆 de una viga elástica.
La restricción requiere que 𝑆 = 𝐹⁄𝜎 sea mayor que esto (Ashby M. F., 2005, pág. 90).
𝐹 𝐶1𝐸𝐼 𝑆 = >
𝜎 𝐿3
( 7)
Donde E es el módulo de Young, 𝐶1 es una constante que depende de la distribución de la carga
𝐼 es el segundo momento del área de la sección, que, para una viga de sección cuadrada es (Ashby
M. F., 2005, pág. 90).
𝑏4 𝐴2
𝐼 = = 12 12
( 8)
La rigidez 𝑆 y la longitud L están especificadas; El área de sección A es libre. Podemos reducir
la masa de la viga reduciendo A, pero solo hasta el punto en que aún se cumpla la restricción de
rigidez (Ashby M. F., 2005, pág. 91).
1
12𝑆 2 𝜌 𝑚 ≥ ( ) (𝐿3)( )
𝐶1𝐿 𝐸1/2
( 9)
Los soportes se ordenan como antes: requisito funcional, geometría y material. Los mejores
materiales para un haz ligero y rígido son aquellos con los valores más pequeños de 𝜌 𝐸1/2
. Como
43
antes, invertiremos esto, buscando valores grandes del índice de material (Ashby M. F., 2005, pág.
91).
𝐸1/2
𝑀 = 𝜌
( 10)
Al derivar el índice, hemos asumido que la sección de la viga permaneció cuadrada, de modo
que ambos bordes cambiaron de longitud cuando A cambió. Si una de las dos dimensiones se
mantiene fija, el índice cambia. Un panel es una placa plana con una longitud dada L y ancho W;
La única variable libre (aparte del material) es el espesor t. Para esto, el índice se convierte (a
través de una derivación idéntica) (Ashby M. F., 2005, pág. 91).
𝐸1/3
𝑀 = 𝜌
( 11)
Tenga en cuenta el procedimiento. Se especifica la longitud de la barra o viga, pero somos libres
de elegir el área de sección A. El objetivo es minimizar su masa, 𝑚. Escribimos una ecuación para
𝑚: es la función objetivo. Pero hay una restricción: la barra debe soportar la carga 𝐹 sin ceder a la
tensión o doblarse demasiado. Use este filamento para eliminar la variable libre A y leer la
combinación de propiedades, 𝑀, para maximizarla. Parece fácil, y siempre que tenga claro desde
el principio cuáles son las restricciones, qué está tratando de maximizar o minimizar, qué
parámetros están especificados y cuáles son libres (Ashby M. F., 2005, pág. 92).
44
C
Figura 11. Una viga de sección cuadrada, cargada en flexión. Su rigidez es𝑆 =
𝐹 donde 𝐹 es la carga
𝛿
y 𝛿es la deflexión.
Fuente: (Ashby M. F., 2005, pág. 91)
2.8. Análisis de deformación en vigas sometidas a flexión simple
Para analizar las deformaciones que aparecen en una viga simple sometida a flexión simple se
va a utilizar el método de la ecuación diferencial de la elástica (Benito Olmeda & Rincón Rincón,
2005, pág. 5).
2.8.1. Ecuación diferencial de la elástica
Para la obtención de la ecuación de la elástica se va considerar una viga sometida a la acción
de un momento flector en la dirección del eje principal z, Mz, y un esfuerzo cortante en la dirección
del eje principal y, Ty. El efecto del esfuerzo cortante es despreciable siempre que las dimensiones
de las secciones transversales sean muy inferiores a la longitud de la viga, por lo que solo se tendrá
en cuenta la acción del momento flector (Benito Olmeda & Rincón Rincón, 2005, pág. 5).
45
Figura 12. Viga sometida a flexión simple
Fuente: (Benito Olmeda & Rincón Rincón, 2005, pág. 5)
Considerando el sistema de referencia mostrado en la Figura xx en el que el eje z forma un
triedro a derechas con los ejes x e y representados, la ley de Navier se puede expresar de la forma
siguiente (Benito Olmeda & Rincón Rincón, 2005, pág. 6).
𝑀𝑧(𝑥) 1 =
𝐸 ∗ 𝐼 𝜌
( 12)
Donde:
𝑀𝑧(𝑥) es el momento flector según el eje z al que está sometida la selección de la viga
correspondiente a la coordenada x. El criterio de signos aplicados se presenta en la Figura XX
(Benito Olmeda & Rincón Rincón, 2005, pág. 6).
Figura 13. Momento Flector
Fuente: (Benito Olmeda & Rincón Rincón, 2005, pág. 6)
𝐸 es el módulo de elasticidad del material de la viga
46
𝐼𝑧 es el momento de inercia de la selección considerada respecto del eje z
1⁄𝜌 es la curva de la deformada, siendo 𝜌 es el radio de curvatura correspondiente al eje x. El
criterio de signos aplicado es coincidente con el criterio de signos del momento flector
Figura 14. Criterio de signos del momento flector
Fuente: (Benito Olmeda & Rincón Rincón, 2005, pág. 7)
Por lo tanto, la ley de Navier permite calcular la curvatura de la deformada de una viga sometida
a flexión simple, en función del momento flector al que está sometida, de la rigidez del material y
la geometría de la viga. Al trabajar con pequeñas deformaciones, se puede despreciar el termino
diferencial del denominar frente a la unidad, quedando la expresión de la siguiente manera (Benito
Olmeda & Rincón Rincón, 2005, pág. 7).
𝐸 ∗ 𝐼 ∗ 𝑦¨¨ = 𝑀𝑧(𝑥) ( 13)
2.9. Imágenes médicas DICOM
DICOM significa imagen digital y comunicaciones en medicina (Digital Imaging and
Communications In Medicine), es un estándar que establece las reglas que permiten que las
imágenes médicas y la información asociada pueda intercambiarse entre sí de imágenes en
diferentes equipos como es el caso de una tomografía computariza y una imagen de resonancia
47
magnética, estas imágenes médicas que aparece como solución a los problemas de
interoperabilidad entre estos diferentes tipos de dispositivos (Pretorius & Solomon, 2006, pág. 33).
En la actualidad la imagen medica en su modalidad se utiliza de manera cotidiana por lo cual
la radiología digital hace posible el uso de una técnica de procesamiento para mejorar así la calidad
de la imagen, en este sentido una imagen digital se representa mediante una función discreta de
dos variables, f (x, y), que expresa una matriz bidimensional cuyos elementos (x, y), llamados
pixeles, tienen asociado un nivel de gris o intensidad luminosa por esta razón cuando mayor sea el
número de pixeles, mayor será la resolución espacial de la imagen y mejora la calidad de la misma
(Suárez Cuenca, 2009, pág. 25).
El formato digital representa una mejora de las limitaciones de la imagen convencional
proporcionando la posibilidad de transmitir una imagen a cualquier lugar a través de la red. La
imagen médica analógica tiene a mayores, el problema añadido del deterioro irreparable, y en los
hospitales aparecen problemas para su almacenamiento y traslado, lo que aumenta las
probabilidades de que se extravíen (Ashby M. F., 2005, pág. 88).
Además, las imágenes digitales gozan de mecanismos de almacenamiento y transmisión más
cómodos que las imágenes convencionales, con este tipo de formato digital es posible también
pensar en un sistema de telemedicina, en el cual se utiliza tecnologías informativas y de
telecomunicaciones para proporcionar cobertura médica además dentro de la telemedicina se
encuentra la teleradiología que abarca, también el manejo de la información de una paciente, la
transmisión y visualización de imágenes radiológicas, como consecuencia se está obteniendo de
una manera beneficiosa que ayuda a una imagen adquirida en un centro de atención primaria que
se puede diagnosticar en pocos minuto, por una radiólogo (Suárez Cuenca, 2009, pág. 26).
48
Uno de los grandes beneficios que ofrece la imagen medica digital es que se puede utilizar sobre
ella programas CAD (Computer Aided Diagnosis), estos sistemas CAD poseen la finalidad de
ayudad al radiólogo a la hora de localizar zonas sospechosas de la imagen que pudo haber pasado
por alto (Suárez Cuenca, 2009, pág. 26).
2.9.1. La tomografía computarizada
La tomografía computarizada (TC) es una técnica de imagen especial derivada de la aplicación
de rayos X, en la actualidad es una parte esencial del diagnóstico radiológico, en ese sentido esta
modalidad de la imagen médica ha ido perfeccionándose a través de los años a lo largo de distintas
generaciones (Suárez Cuenca, 2009, pág. 27).
Empezó llamándose tomografía computarizada, también conocida como TAC (Tomografía
Axial Computarizada), haciendo la letra A referencia a la palabra axial, esto se debe a que la
adquisición de la imagen se debe realizar por medio de cortes axiales del objeto, que
posteriormente permiten reconstruir y visualizar partes del cuerpo en forma de imágenes de cortes
axiales, coronales, sagitales o en imagen 3D, al transcurrir el tiempo el término axial se ha omitido,
pero se sobreentiende, además se empezó a utilizarse el término helicoidal, o espiral en 1989,
cuando apareció una mejora que disminuía el tiempo de realización de la prueba (Suárez Cuenca,
2009, pág. 28).
En la actualidad esta prueba ha completado o sustituido a la clásica imagen de rayos X en
muchas áreas de este modo con el tiempo se produjeron mejoras en el tipo de detectores empleados
por estos equipos, ampliando el número de anillos detectores en el eje axial (coronas) de 1 a 2,
posteriormente a 4 y así en aumento hasta 64, pasando a llamarse TC multidetector, o TC
multicorte (Suárez Cuenca, 2009, pág. 28).
49
La radiografía tradicional proporcionó un valioso medio de diagnóstico no invasivo durante
muchos años, aunque presenta algunas limitaciones, generalmente se utiliza para imágenes del
cerebro, las radiografías suelen ser insuficientes en la mayoría de los casos, por lo cual la
tomografía computarizada ofreció, por primera vez, la posibilidad de ver estructuras cerebrales en
una imagen de calidad con alto contraste (Suárez Cuenca, 2009, pág. 28).
El principio físico de la radiografía es registrar la radiación que se emite desde el centro de un
tubo de rayos X, atenuado por el objeto a examinar, con un detector (tradicionalmente una
película). Así pues, en una radiografía convencional se presenta la distribución de la modulación
de la intensidad de la radiación, y esta ofrece siempre una imagen de superposición (todas las
estructuras entre el foco de rayos X y el detector atenúan la intensidad de la radiación) (Suárez
Cuenca, 2009, pág. 28).
Cada elemento de la imagen muestra la suma de todas las contribuciones a la atenuación a lo
largo de una línea, o en manera matemática, la integral de los coeficientes de atenuación a lo largo
de la línea fuente detector, ahora en la actualidad las tomografías computarizadas realiza
proyecciones en 360 grados, consiguiendo así, por medio de algunas de ellas, poder ver esas
estructuras que en el caso de la radiografía quedaría enmascaradas (Suárez Cuenca, 2009, pág. 28).
2.9.2. Principios básicos de la tomografía computarizada
Cuando un haz colimado de fotones mono energéticos atraviesa un material homogéneo con
coeficiente de atenuación μ, la atenuación en la intensidad del haz viene dada por la ley
exponencial I=Ioe-μd donde Io es la intensidad del haz incidente, y d el espesor del material. En
1917, el matemático J.H. Radon demostró que se puede reconstruir la imagen de un material si se
conocen los valores de la integral de los coeficientes de atenuación, a lo largo de un número de
líneas que atraviesan el material. Años después, Godfrey N. Hounsfield (ingeniero Inglés),
50
desarrolló el primer escáner de CT (junto con la firma británica EMI Ltd.), y recibió el Premio
Nobel de Medicina en 1979, junto con el físico A.M. Cormack (sudafricano) que había llevado a
cabo, entre 1957 y 1963, de manera independiente, los primeros experimentos con aplicaciones
médicas en este tipo de tomografía reconstructiva. Se había demostrado que el haz de rayos X que
atravesaba un objeto, contenía información de todos los constituyentes del material que había
atravesado (Suárez Cuenca, 2009, pág. 29).
Para comprender la tomografía computarizada hay que imaginar el cuerpo humano formado por
un número finito de elementos discretos. Este tipo de imagen, se considera formada por vóxeles
(elemento de volumen), ya que cada píxel de los que vemos en la imagen transversal, aunque esta
sea plana, se corresponde con un elemento de volumen que tiene un determinado espesor (Suárez
Nieto, y otros, 2009, pág. 30).
En términos generales, el principio de la tomografía computarizada consiste en medir la
distribución espacial de la intensidad de la radiación X que atraviesa un objeto, desde diferentes
direcciones, por lo cual para poder obtener la imagen es necesario radiar al menos con un barrido
de 180°, el tubo de rayos X gira solidariamente con el detector, radiando el objeto desde diferentes
direcciones mediante esto la información se recoge en el detector en forma de mapa de
atenuaciones (Suárez Cuenca, 2009, pág. 30).
2.9.3. Evolución de la tomografía computarizada
En la actualidad se ha reducido en tiempo de exploración, además como otras demandas como
la mejora de la calidad de la imagen, ahorro de costos, mejorada de la interfaz del usuario entre
otras, han sido los aspectos primordiales que han guiado la evolución de la tomografía
computarizada desde su nacimiento, en la época de los años setenta el escáner de cabeza fue el
primero que se comercializo, en los escáneres de primera generación el tubo y el detector se
51
trasladan para ir tomando los diferentes puntos de la primera proyección, debido a que el haz de
los rayos estaba colimado, y cubría una pequeña parte del cuerpo al tener que proyectarse sobre
un solo detector, posteriormente rotaban, a continuación se trasladaba de nuevo para tomar la
siguiente proyección y así sucesivamente (Suárez Cuenca, 2009, pág. 33).
En el año de 1972 aparece la llamada segunda generación, tuvo cambios mínimos de la anterior,
para acelerar el tiempo de exploración se amplió el número de detectores a 30, lo que supuso pasar
de un haz de rayos fino a un poco más ancho que abarque todo el conjunto de detectores, conocido
como haz en pequeño abanico, así el tiempo de adquisición de una imagen, sufrió una reducción
drástica, no solo por el hecho de tener que realizar menos traslaciones, sino también porque el
número de rotaciones era menor (Suárez Cuenca, 2009, pág. 34).
El tiempo de adquisición de un estudio paso de ser superior a 24 horas en los de primera
generación, a tardar en torno a 5 minutos en los de segunda generación, los dos tipos de escáneres
funcionaban de acuerdo con el principio de rotación-traslación, en el que la fuente de radiación y
el detector escaneaban el objeto por medio de un movimiento lineal de traslación y se repetía el
procedimiento, sucesivamente, después de un pequeño incremento de rotación, al mismo tiempo
que se escaneaba se reconstruía la imagen (Suárez Cuenca, 2009, pág. 34).
En los años ochenta la calidad de la imagen ya era muy buena, y la mejora dependía en gran
medida del tiempo de exploración, ya que el movimiento del paciente puede llevar a pérdidas de
nitidez de la imagen y aparición de artefactos, después de cada rotación completa se tenía que
volver a las condiciones iniciales (rotación inversa) antes de realizar la siguiente adquisición por
consiguiente la rotación continua se introdujo por primera vez en el año de 1987 por Siemens
Medical Systems (SOMATOM PLUS) y Toshiba Medical Systems (TCT 900S), y se basaba en el
52
anillo de deslizamiento, desde entonces, el desarrollo no ha parado en cuanto a mejoras técnicas
(Suárez Nieto, y otros, 2009, pág. 34).
2.9.4. Tomografía helicoidal
La tomografía helicoidal o espiral representa un salto cualitativo muy importante en el
desarrollo de esta tecnología, en un equipo helicoidal, la adquisición o medida de los valores de la
intensidad de rayos X emergente se realiza combinado la rotación continua del tubo emisor de
rayos X con un desplazamiento lineal de la mesa del paciente a través del túnel de la carcasa, esto
permite adquirir los datos de medida de un volumen de interés relativamente amplio durante una
sola suspensión respiratoria y ha permitido, entre otros un mayor desarrollo de la angiografía
tomografía computarizada (Del Cura Rodríguez, 2009, pág. 17).
El cociente entre el desplazamiento de la mesa durante una rotación de 360° del tubo y la
anchura nominal, colimación, del haz de rayos X se refiere en tomografía computarizada helicoidal
como el factor de paso, generalmente en los equipos de corte único esta anchura nominal es igual
a la anchura del corte reconstruido, lo que no ocurre en los equipos multidetector (Del Cura
Rodríguez, 2009, pág. 18).
Diez años después desde la introducción de la tomografía computarizada helicoidal, se dio un
nuevo paso en el desarrollo tecnológico de estos equipos que proporciono nuevas aplicaciones
clínicas, mediante la tomografía helicoidal, el paciente se escanea de forma continua, mientras se
desplaza a lo largo del eje z. El paciente está continuamente en movimiento (sobre la camilla que
se desplaza), esto se suele hacer a una velocidad de una a dos veces el ancho de colimación por
cada 360° de rotación por lo tanto para sistemas multidetector este factor se incrementa de manera
considerable. El trazo efectivo que describe el haz de rayos sobre el paciente (Del Cura Rodríguez,
2009, pág. 18).
53
Figura 15. Trazo descrito por el haz de rayos sobre el cuerpo del paciente en la tomografía
computarizada
Fuente: (Suárez Cuenca, 2009, pág. 35)
2.9.5. Tomografía del cráneo
En el área de la cabeza puede ser estudiado mediante una tomografía computarizada multicorte,
los pacientes deben tener un diagnostico basado en la clínica y en la exploración física,
seguidamente se realizan la tomografía computarizada de cabeza que es un examen sumamente
sencillo de realizarse sin dolor alguno debido a que se utiliza un escáner especial de rayos X para
tomar imágenes médicas del cráneo, cerebro y los senos paranasales del paciente como también
de los vasos sanguíneos de la cabeza, esta máquina es de forma circular donde el paciente ingresa
su cabeza de una forma cómoda, luego la maquina empieza a tomar fotografías para generar cortes
transversales del cerebro desde diferentes tipos de ángulos, posteriormente estas fotos son enviadas
a una computadora que registra las imágenes y al mismo tiempo las va uniendo para formar
imágenes tridimensionales (Rovira Canellas, Ramos Gonzáles, & De Juan Delgado, 2010, pág. 1).
Una tomografía computarizada de la cabeza puede realizarse para lo siguiente:
Detectar afecciones en el cerebro tales como hidrocefalia (demasiado fluido en los
ventrículos), hinchazón, inflamación, hemorragia y signos de lesión.
54
Reunir información sobre la presencia, ubicación y tamaño de los abscesos, quistes y
tumores.
Ubicar defectos de nacimiento en el cerebro y el cráneo.
Evaluar la glándula pituitaria, la glándula pineal y los senos nasales.
Observar los vasos sanguíneos malformados o lesionados en la cabeza.
Encontrar la causa de dolores de cabeza, debilidad o un cambio en el estado mental.
2.10. SolidWorks
Es un software CAD desarollado actualmente por Dassault Systems a través de una compañía
subsidiaria SolidWorks Corp., se trata de un programa que permite realizar el proceso completo
de diseño mecánico, desde la concepción de la idea por el diseñador a la realización de los planos
técnicos necesarios para su fabricación, además mediante la interfaz del programa y sus
herramientas de diseño de pieza, ensamble y dibujo, el operador puede modelar en tres
dimensiones la pieza y realizar rápidamente las vistas necesarias para la concepción de los planos
sin embargo Solid Works incluye herramientas de productividad, de gestión de proyectos, de
presentación y de análisis y simulaciones (Rodríguez Vidal & López Maroño, 2015, pág. 13).
2.10.1. Simulación con SolidWorks
Los complementos y herramientas de simulación con los que cuenta el programa permiten al
diseñador someter fácilmente sus diseños a las mismas condiciones a las que se expondrá en el
mundo real, permitiendo mejorar la calidad de sus productos, optimizar las geometrías y
materiales, y además reducir costos tanto en tiempo como en ahorro de prototipos para pruebas
reales (Rodríguez Vidal & López Maroño, 2015, pág. 14).
55
2.10.1.1. Análisis de elementos finitos (FEA)
Es un método numérico para resolver problemas de ingeniería mediante la simulación de
situaciones operantes de la vida real en computadoras. Los problemas típicos del análisis de
elementos finitos incluyen análisis estructural, corazón, transferencia de calor, flujo de fluidos,
mecánica del suelo, acústica y electromagnetismo. SolidWorks es un paquete integrado de
herramientas de software de ingeniería mecánica asistido por computadora desarrollado por
Dassault Systemes (DS). SolidWorks utiliza un conjunto de programas, incluido el módulo de
análisis de elementos finitos (SolidWorks Simulation), que se utiliza para facilitar un enfoque de
ingeniería concurrente para el diseño, análisis y fabricación de productos de ingeniería mecánica
(Shih, 2018, pág. 2).
2.10.1.2. Consideraciones de modelado de análisis de elementos finitos
El análisis de un problema de ingeniería requiere la idealización del problema en un modelo
matemático. Está claro que podemos analizar el modelo matemático seleccionado y que todos los
supuestos de este modelo se reflejarán en los resultados pronosticados. No podemos esperar más
información en la predicción que la información contenida en el modelo. Por lo tanto, es crucial
seleccionar un modelo matemático apropiado para que no podamos predecir la respuesta
exactamente porque es imposible formular un modelo matemático que represente toda la
información contenida en un sistema real (Shih, 2018, pág. 3).
Como regla general, el modelado de elementos finitos debe comenzar con un modelo simple.
Una vez que un modelo matemático se ha resuelto con precisión y se han interpretado los
resultados, es factible considerar un modelo más refinado para aumentar la precisión de la
predicción del sistema real. Por ejemplo, en un análisis estructural, la formulación de las cargas
reales en modelos apropiados puede cambiar drásticamente los resultados del análisis. Los
56
resultados del modelo simple, combinados con una comprensión del comportamiento del sistema,
nos ayudarán a decidir si y en qué parte del modelo queremos usar mejoras adicionales.
Claramente, el modelo más complicado incluirá efectos de respuesta más complejos, pero también
será más costoso y, a veces, más difícil de interpretar las soluciones (Shih, 2018, pág. 3).
2.10.1.3. Tipos de elementos finitos
El método de análisis de elementos finitos es una técnica de solución numérica que encuentra
una solución aproximada dividiendo una región en pequeñas subregiones. La solución dentro de
cada subregión que satisface las ecuaciones de gobierno se puede alcanzar de manera mucho más
simple que la requerida para toda la región. Las subregiones se denominan elementos, y los
elementos se ensamblan a través de la interconexión de un número finito de puntos en cada
elemento llamado nodos. Se pueden encontrar numerosos tipos de elementos finitos en el
software comercial FEA, y se están desarrollando nuevos tipos de elementos a medida que se
realizan investigaciones en todo el mundo. Dependiendo de las dimensiones, los elementos
finitos se pueden dividir en tres categorías (Shih, 2018, pág. 4).
2.10.1.3.1. Elementos lineales unidimensionales: Elementos de armadura,
viga y límites
Figura 16. Elementos lineales unidimensionales
Fuente: (Shih, 2018, pág. 4)
57
2.10.1.3.2. Elementos planos bidimensionales: tensión plana, deformación
plana, eje simétrico, elementos de membrana y carcasa
Figura 17. Elementos planos bidimensionales
Fuente: (Shih, 2018, pág. 4)
2.10.1.3.3. Elementos de volumen tridimensional: elementos tetraédricos,
hexaédricos y de ladrillo.
Figura 18. Elementos de volumen tridimensional
Fuente (Shih, 2018, pág. 4)
Típicamente, las soluciones de elementos finitos que usan elementos lineales unidimensionales
son tan precisas como las soluciones obtenidas usando teorías convencionales de armaduras y
vigas. Por lo general, es más fácil obtener resultados de FEA que hacer cálculos manuales
utilizando teorías convencionales. Sin embargo, existen muy pocas soluciones de forma cerrada
58
para elementos bidimensionales y casi ninguna para elementos sólidos tridimensionales (Shih,
2018, pág. 5).
En teoría, todos los diseños podrían modelarse con elementos de volumen tridimensional. Sin
embargo, esto no es práctico ya que muchos diseños se pueden simplificar con suposiciones
razonables para obtener resultados FEA adecuados sin pérdida de precisión. El uso de modelos
simplificados reduce en gran medida el tiempo y el esfuerzo para llegar a las soluciones de FEA
(Shih, 2018, pág. 5).
2.11. Blender
Blender es una herramienta multiplataforma de modelado 3D, que permite diseñar objetos,
personajes y escenas en tres dimensiones, estos elementos pueden ser animados de una manera
muy sencilla mediante una técnica conocida como keyframing o conocida como animación por
fotogramas clave (Suau Pérez, 2011, pág. 13).
2.12. InVensalius
Es un software médico para el uso de tecnologías tridimensionales de origen brasileño, que se
utiliza para reconstruir imágenes médicas DICOM o resonancias magnéticas y convertirlas en
modelos tridimensionales, los mismo que se pueden imprimir en 3D para tener una réplica exacta
de los órganos, huesos entre otros, de esta manera ayuda a los cirujanos a previsualizar como
realizar una intervención simple y compleja además puede anticiparse a las posibles
complicaciones (Bebis, y otros, 2015, pág. 48).
2.12.1. Importación DICOM
Invesalius Importa archivos DICOM con GDCM (Grassroots DICOM), que admite compresión
JPEG 2000, además, la biblioteca se compone de métodos para verificar la orientación de los
59
volúmenes de imagen (axial, coronal, sagital u oblicuo) y clasificar los cortes al mismo tiempo se
implementó una clase para clasificar los archivos DICOM teniendo en cuenta la información del
paciente y de la serie. es común que un examen de un paciente único contenga varias series como,
por ejemplo, en el caso de la tomografía computarizada, la adquisición se puede utilizar para
mostrar con mayor claridad los huesos y otras posiciones utilizando agentes de contraste para una
mejor visualización del sistema vascular (Bebis, y otros, 2015, pág. 49).
Para complementar la idea anterior, de acuerdo con Bebis, y otros (2015), después de
realizar una secuencia de importación de archivos DICOM, Invesalius apila las imágenes y
aplica un algoritmo de interpolación de acuerdo con el espacio que se indica en el campo
apropiado de DICOM fil, considerando el espacio en los ejes X e Y. es importante mantener la
dimensión real al realizar mediciones o exportar el modelo como una técnica de memoria de
mapeo de archivos de malla STL para acceder a ella (Bebis, y otros, 2015, pág. 49).
2.13. Herramienta QFD
El método de despliegue de la función de calidad llamada QFD que por sus siglas en inglés
Quality Function Deployment, es una técnica dentro de la planificación de la calidad que se utiliza
para traducir los requerimientos del cliente en requisitos apropiados para la organización en cada
etapa, desde la investigación y el desarrollo de productos, hasta la fabricación de los mismos ,
también se puede emplear como una herramienta de mejora continua, es recomendable aplicar esta
herramienta en un grupo de trabajo multidisciplinario, donde se debe reunir las personas
responsables de los diferentes departamentos (Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo,
2006, pág. 116).
60
2.13.1. Orígenes del QFD
En el año de 1966 en Japón el profesor Yoki Akao presento por primera vez la técnica QFD,
seguidamente por K. Shipyard (Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.) en el año de 1972 en Japón se
presentó la aplicación de esta técnica de manera formal, consecuentemente en 1977 en Toyota se
obtuvieron resultados espectaculares, a partir de este año Toyota origino que sus proveedores
utilicen la herramienta QFD. En Estados Unidos la primera empresa que utilizo esta metologoa
fue Ford Motor y en sus proveedores en junio de 1984, a través del Doctor Don Clausing, del MIT,
desde los años noventa se aplicó también en la industria europea (Sangüesa Sánchez, Dueñas, &
Ilzarbe Izquierdo, 2006, pág. 116).
2.13.2. Modo de empleo del QFD
El QFD es una herramienta en la que deben participar todas las áreas como marketing, calidad,
producción entre otras, dentro de una empresa u organización por lo cual se contara con el personal
especializado, generalmente el grupo que desarrolla el QFD está constituido de cinco a ocho
personas y se encuentra liderada por un moderador que tiene conocimientos sólidos en esta
herramienta (Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo, 2006, pág. 116).
2.13.3. Propósito del QFD
Esta herramienta llamada QFD tiene los siguientes propósitos fundamentales
Es una herramienta que permite desarrollar estrategias enfocadas a la identificación
dentro de un sector industrial.
Es una herramienta dinámica que permite vigilar permanentemente la percepción que
tiene los clientes del producto o del servicio.
Desplegar la calidad del producto o servicio, es decir el diseño del producto y del
servicio sobre la base de las necesidades y requerimientos del cliente.
61
Desplegar la función de calidad en todas las actividades y funciones de la administración
de la empresa.
2.13.4. Matrices del QFD
Como resultado del despliegue en el QFD se generan varias matrices, las cuales nos permiten
establecer relaciones entre entidades deseadas por una parte y por otra parte herramientas
incorporadas a la métrica.
2.13.4.1. La casa de la calidad
De acuerdo con Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo (2006) la casa de la calidad
conocida como House Of Quality es una parte importante dentro del QFD, sin embargo esta matriz
es la primera en construir en un proceso QFD, siendo ademas la mas compleja y completa del
proceso de esta matriz, el completar esta matriz supone un trabajo muy serio y de bastante duración
es la base del proyecto QFD debido que de esta fase se derivan todas las demás , a todo esto, si
esta fase no se lleva a cabo adecuadamente el resto del QFD perderá gran parte de su eficacia
(Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo, 2006, pág. 117).
2.13.4.1.1. Los QUÉS: la voz del cliente
Es la etapa del proceso en la que se determinan los requerimientos del cliente llamados los
QUÉS y se denominan la voz del cliente, se realizan grupos de sesiones con los clientes para tratar
de averiguar lo que ellos buscan en el producto consecutivamente se debe realizar una lista de los
requerimientos, pero se debe tener mucho cuidado al elaborar la lista ya que la mayoría de los
clientes declaran sus requerimientos como una solución al problema que se les presenta en lugar
de una declaración del valor al servicio de esta forma la información obtenida a través del cliente
se debe colocar en la primera matriz de la casa de la calidad (Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe
Izquierdo, 2006, pág. 118).
62
2.13.4.1.1.1. Modelo de Kano
Para entender la voz del cliente generalmente se utiliza el modelo de Kano que es una
herramienta de la gestión de la calidad que sirve para entender el papel que tienen las distintas
necesidades para la satisfacción del cliente, de acuerdo con este modelo las necesidades se
clasifican en básicas, de prestaciones y de entusiasmo, en la Figura 19 se muestra la representación
del método de Kano (Ruiz & Rojas, 2009, pág. 8).
Figura 19. Modelo de Kano
Fuente: Elaboración propia basada en (Subra & VANNIEUWENHUYZE, 2018, pág. 97)
2.13.4.1.1.1.1. Necesidades básicas
Son aquellas necesidades que se supone que el producto debe tener para satisfacer las
expectativas del cliente (Ruiz & Rojas, 2009, pág. 9).
2.13.4.1.1.1.2. Necesidades de prestaciones
Son aquellas necesidades que se pueden medir por el cliente y las mismas sirven para que el
consumidor pueda comparar las características de un producto o servicio con otros competidores
(Ruiz & Rojas, 2009, pág. 9).
63
2.13.4.1.1.1.3. Necesidades de entusiasmo
Son aquellas que satisface necesidades no previstas por el cliente y sirven para diferenciar el
producto o servicio y fidelizar al cliente (Ruiz & Rojas, 2009, pág. 9).
2.13.4.1.2. Evaluación competitiva: Importancia para el cliente
No todos los requerimientos del cliente tienen la misma importancia para él, por otra parte, al
cliente se le pide que cuantifique en una escala de 1 (poco importante) a 5 (muy importante) la
importancia de cada uno de los requisitos, esta información se la coloca en el matriz número 2 de
la casa de la calidad (Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo, 2006, pág. 119).
2.13.4.1.3. Vector CÓMOS: característica de diseño
En esta fase consiste en enumera las características del producto las mismas que contribuirán a
satisfacer los requerimientos del cliente, para cada uno de los QUÉS del cliente hay que buscar la
manera de satisfacerlo, es decir, el cómo que deben estar en términos cuantificables y deben
reflejar los verdaderos requerimientos del cliente (Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo,
2006, pág. 120).
2.13.4.1.4. Matriz de relaciones
Esta matriz se encuentra en el centro del QFD, además en esta etapa consiste en colocar una
cuantificación en la relación que exista entre los QUÉS y los CÓMOS, para hacer esta ponderación
clasificamos entre 0 y 9 la relación entre cada QUÉ y cada CÓMO siendo 0= sin relación, 1= baja
relación, 3= media relación y 9= alta relación (Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo,
2006, pág. 120).
64
2.13.4.1.5. Dificultad organizacional
La matriz de dificultar organizacional muestra a través de una ponderación numérica que tan
difícil o fácil es implementar alguna acción CÓMO, esta ponderación puede realizarse
considerando aspectos, tales como el tiempo necesario, recursos económicos y personas
involucradas (Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo, 2006, pág. 121).
2.13.4.1.6. Vector cuántos: Objetivo para las características del diseño
En esta etapa del QFD se fijan objetivos para cada una de las características del producto final
(Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo, 2006, pág. 121).
2.13.4.1.7. Evaluación competitiva técnica
En este apartado del QFD consiste en comparar el cumplimiento de acciones, de la empresa y
la competencia contra los objetivos de diseño, esto implica investigar a la competencia en cada
una de las acciones planteadas, por lo cual debe ser realizadas por personas que están directamente
involucradas en el proceso (Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo, 2006, pág. 122).
2.13.4.1.8. Ponderación CÓMOS: Importancia técnica de las
características del diseño
En este aportado del QFD consiste en proporcionar la importancia de cada CÓMO en el
cumplimiento de los requerimientos QÚES, la cual está en función del grado de importancia de
los requerimientos y del tipo de relación (Sangüesa Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo, 2006,
pág. 122).
65
2.13.4.1.9. Matriz de correlaciones
Por ultimo en el QFD se tiene la matriz de correlaciones la misma que se establecen entre los
CÓMOS y se representa el impacto de una acción sobre otra al momento de realzarse (Sangüesa
Sánchez, Dueñas, & Ilzarbe Izquierdo, 2006, pág. 122).
2.14. Metodología de Diseño y desarrollo de productos de Ulrich
Es una metodología utilizada para el diseño y desarrollo de productos desarrollada por Karl
Urich, es una metodología fácil de entender y seguir debido a que ese explica paso a paso el
procedimiento estructurado a seguir, esta metodología siempre busca el trabajo en equipo y la
mejora continua.
2.14.1. Planeación
En esta etapa se la empieza a desarrollar en base a las fuentes de información analizadas hacia
el problema con el propósito de direccionar la solución y orientación estratégica (Ulrich &
Eppinger, 2009, pág. 15).
2.14.2. Desarrollo del concepto
Es esta etapa donde se identifica las necesidades del mercado objetivo, donde se genera y se
evalúa conceptos alternativos del producto, y uno o más conceptos se seleccionan para un
desarrollo y pruebas adicionales, en donde un concepto es la descripción de la forma, función y
características de un producto, por lo general va acompañado por un conjunto de especificaciones,
un análisis de producto de la competencia (Ulrich & Eppinger, 2009, pág. 15).
2.14.3. Diseño en el nivel Sistema
En esta etapa se encuentra fundamentada en la arquitectura del producto y la descomposición
del producto en subsistemas y componentes de una de las alternativas producidas en la eta anterior
66
tomando en cuenta la viabilidad de su funcionalidad, donde se detallan los planos iniciales para el
sistema de producción y el esquema de ensamble final para el sistema de producción suelen
definirse también en esta fase por lo cual al terminar esta etapa por lo general comprende un diseño
geométrico del producto, una especificación funcional de cada uno de los subsistemas del producto
y un diagrama de flujo preliminar del proceso de ensamble final (Ulrich & Eppinger, 2009, pág.
15).
2.14.4. Diseño de detalle
En esta etapa incluye las especificaciones completas de la geometría, materiales y tolerancias
de todas las partes únicas del producto y la identificación estándar de todas las partes por lo cual
se establece un diseño de proceso y se diseña el herramental para cada pieza a ser fabricada dentro
del sistema de producción, para finalizar la salida de esta etapa es la documentación detallada de
control del producto, es decir los dibujos o archivos de computadora que describen la geometría
de cada una de las piezas y su herramental de producción, las especificaciones de las piezas
compradas y los planes de proceso para la fabricación y ensamble del producto, es necesario
realizar una selección de materiales para cada componente del producto (Ulrich & Eppinger, 2009,
pág. 16).
2.14.5. Pruebas y refinamiento
Esta etapa comprende la construcción y evaluación de varias versiones de reproducción del
producto, a propósito los primeros prototipos conocidos como alfa generalmente se construyen
con las piezas destinadas para la construcción, es decir piezas con la misma geometría y
propiedades de material que la versión del producción del producto de esta manera los prototipos
alfa se prueban para determinar si el producto funcionara como está diseñado y si el producto
satisface las necesidades de los clientes clave, así pues los prototipos siguientes conocidos como
67
beta por lo general son construidos con piezas obtenidas de los procesos destinados a producción
pero no se pueden ensamblar usando el proceso e de ensamble final pretendido, en efecto los
prototipos beta son evaluados exhaustivamente en forma interna y generalmente son probados por
clientes en su propio ámbito de uso (Ulrich & Eppinger, 2009, pág. 16).
2.15. Estado del arte
En la búsqueda realizada en Scopus con las palabras claves “sports facial protection mask” se
ha encontrado 136 resultados en revistas, en las mismas que ninguna tiene relación con el diseño
de una máscara de protección facial deportiva a través de imágenes médicas DICOM.
En la búsqueda realizada en el Repositorio Institucional de la Universidad de las Fuerzas
Armadas ESPE en la carrera de Ingeniería mecánica e Ingeniería Mecatrónica no se ha encontrado
resultados de ningún tipo de máscaras de protección facial deportivas.
En la búsqueda realizada en el Repositorio de la Escuela Politécnica Nacional en la facultad de
Ingeniería mecánica no se ha encontrado resultados de ningún tipo de máscaras de protección
facial deportivas.
En los resultados de buscar en Google Pantent se ha encontrado que en los Estados Unidos Fred
R. Dunning, Brecksville, Ohio, cedente de Dungard, Inc., Brecksville, Ohio, una corporación de
Ohio presentada el 29 de enero, 1965, Ser. 429,039 6, la presente invención se refiere a máscaras
faciales para sujetar a los cascos de futbol americano para proteger las caras de los jugadores usan
las mismas, dicha máscara facial es de una sola pieza, es duradera y está hecha de aluminio
recubierto de plástico, siendo el recubrimiento plástico un recubrimiento delgado de cloruro de
polivinilo aplicado por un polvo fundido proceso de recubrimiento que proporciona un
68
recubrimiento duro que también cubre de manera muy uniforme cualquier borde afilado en el
núcleo estampado (Estados Unidos Patente nº US3319261A, 1967).
En los resultados de Google Academic se ha encontrado un artículo sobre el Análisis y
modelado 3D de mascara facial deportiva basada en material compuesto, el trata sobre el análisis
mecánico de una máscara facial deportiva para jugadores de básquetbol en el mismo que
emplearon un material compuesto formado por fibras de yute, cascara de nuez pecana pulverizada
y resina poliéster para realizar su estudio, por lo que utilizaron la cara de un maniquí, empleando
la técnica de escáner 3D y el modelado 3D. El análisis dinámico estructural por medio de
elementos finitos permite mostrar el comportamiento de la máscara facial deportiva ante el impacto
de una masa considerada de forma esférica de fuerza 30G, la cual es capaz causar una dislocación
de la nariz del jugador (Cano Lara, Montaño Pérez, Flores Patiño, Juárez Ríos, & Rostro González,
2018).
2.16. Marco ético y legal
El Código de Ética de la Universidad Central Del Ecuador en el Art. 1 tiene como objeto
promover, propiciar e impulsar la reflexión y cumplimiento de la ética por parte de las y los
miembros de la comunidad universitaria (Ecuador, 2013).
En el Art. 2 hace referencia a las disposiciones del Código de Ética de la Universidad Central Del
Ecuador deben ser cumplidas por autoridades, investigadores, docentes, estudiantes, empleados y
trabajadores, quienes están obligados a actuar éticamente en todas las actividades que desempeñen
en la Institución, en su calidad de miembros de la comunidad universitaria, en las unidades
académicas y administrativas, sedes y extensiones; organismos colegiados, académicos y
administrativos; organizaciones gremiales y de servicio de la Institución; o en las actividades de
su esfera personal que afecten a la Institución (Ecuador, 2013).
69
De acuerdo a la investigación el Instituto Ecuatoriano de Normalización (INEN), no posee una
reglamentación para máscaras de protección facial deportivas, en dicha búsqueda se encontró la
Norma Técnica Ecuatoriana RTE INEN 181 “Equipos de Protección Respiratoria” el mismo que
entro en vigencia el 08 de noviembre de 2014.
Cada individuo tiene derecho de proteger su información personal eso implica que la
información no sea difundida sin el consentimiento del mismo, en este caso específico para este
proyecto de Diseño de una máscara de protección facial deportiva el uso de las imágenes médicas
DICOM del cráneo del usuario serán totalmente confidenciales no se dará un uso incorrecto de
las imágenes médicas DICOM de ningún paciente debido a que es información confidencial, para
asegurar la confidencialidad se utilizaran códigos especiales únicos de identificación, es decir en
lugar de utilizar los nombres y apellidos reales se asignaran códigos personales para la
identificación del usuario.
70
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA
El presente proyecto se lo ha definido como un estudio de tipo exploratorio, el mismo que tiene
como finalidad examinar a profundidad el diseño de una máscara de protección facial mediante el
manejo de programas de diseño y simulación, lo cual facilitara analizar la antropometría facial del
usuario, la selección de materiales adecuados que se deben usar para la fabricación y el proceso
idóneo que se debe realizar para el diseño, de manera que permite tener un aporte práctico y
técnico en el campo de la innovación, tomando en cuenta que será el primer diseño en Ecuador de
una máscara de protección facial.
3.1. Metodología
Se empleó la metodología del libro de Diseño y Desarrollo de Productos de Karl T. Ulrich,
debido al alcance y las limitaciones del proyecto se presenta hasta el punto de pruebas y
verificación, la misma que se complementa con la validación.
3.1.1. Fase 1
3.1.1.1. Planeación
Se realizó un análisis tipológico de máscaras de protección facial deportivas para analizar la
forma, funcionalidad, colores, textura, materiales y todas sus partes.
3.1.2. Fase 2
3.1.2.1. Desarrollo del concepto
Se empezó a desarrollar en base a los siguientes puntos:
71
3.1.2.2. Identificación de necesidades del cliente
En este punto se lo empezó a desarrollar en base a los requerimientos del cliente a través de una
entrevista, por lo cual se tomará el tamaño de la muestra de Griffin & Hauser (1993) que índica la
página 78 del libro de Karl T. Ulrich que señala el diagrama de porcentaje de necesidad
identificadas – número de entrevistas, posteriormente se procederá interpretar los requerimientos
para transformar las necesidades del cliente en los que QUÉS de la matriz QFD.
A continuación, se procedió a organizar las necesidades interpretadas del cliente mediante un
diagrama de afinidad para determinar los QUÉS más relevantes para realizar el método de Kano.
Posteriormente se realizó una espina de pescado con los QUÉS para determinar los CÓMOS
de la matriz QFD y a continuación se ejecutó un diagrama de afinidad con los CÓMOS para
obtener los CÓMOS más relevantes, los mismos que serán colocados en la matriz QFD.
Finalmente se realizó la importancia relativa de los QUÉS dentro de la matriz QFD, los mismos
que representan el grado de importancia sobre la decisión de compra del cliente, se ejecutó
mediante una ponderación del 1 al 5, donde 1 significa que la característica es irrelevante en la
decisión de compra y 5 que es extremadamente importante.
3.1.2.3. Establecer especificaciones objetivo
Se realizó un análisis competitivo a través de un benchmarking de las máscaras de protección
facial deportiva, las mismas que se colocaran en la matriz QFD para realizar una evaluación
competitiva, finalmente se desarrolló el diagnóstico de la matriz QFD (punto crítico, conflicto,
importancia técnica, ventaja competitiva, área de oportunidad, indispensable mejorar, evaluación
pobre, matriz de diagnóstico).
72
3.1.2.4. Generación de conceptos
Se realizó un mapa mental a través de una lluvia de ideas para generar conceptos alternativos
para el diseño de la máscara de protección facial deportiva, posteriormente, se desarrolló la
estructura funcional de la máscara de protección facial deportiva.
3.1.2.5. Selección del concepto
Se seleccionó el concepto que cumplió con las especificaciones y el diagnóstico de la matriz
QFD, además se tomó en cuenta la forma, superficie y simplicidad de cada concepto para ver cual
se puede adaptar de mejor manera a las especificaciones, a continuación, se desarrolló los bocetos
del concepto seleccionado, finalmente mediante una encuesta realizada a las mismas personas de
la entrevista se escoge el boceto.
3.1.3. Fase 3
3.1.3.1. Diseño en el nivel sistema
En esta etapa se escogió cada parte de la máscara de protección facial deportiva tomando en
cuenta como es la forma y función, posteriormente con cada una de estas partes escogidas se
procederá a generar una matriz de selección para la toma de decisiones de los componentes
obtenidos mediante una ponderación para el diseño final de la máscara de protección facial
deportiva. Finalmente, para la parte seleccionada anteriormente se elige un material idóneo
mediante una carta de selección de materiales.
73
3.1.4. Fase 4
3.1.4.1. Diseño en detalle
Se realizó el modelado 3D de cada uno de los componentes obtenidos en la fase anterior, para
generar el modelo 3D de la máscara se debe seguir el siguiente procedimiento.
3.1.4.1.1. Tratamiento de las imágenes médicas DICOM en Invensalius
En el programa a través de las imágenes médicas DICOM del cráneo se generó un modelo 3D
del cráneo del usuario el cual es anatómicamente real, el mismo que se exportó en forma STL.
3.1.4.1.2. Modelado digital en Blender
En el programa se abrió el modelo 3D generado anteriormente, con el mismo que se procedió
a diseñar la máscara de protección facial deportiva y sus componentes sobre el cráneo, los mismos
que fueron exportados en formato Standard Triangle Language (STL).
3.1.4.1.3. Planos
En el software Solid Works se abrió el modelo 3D de la parte principal de la máscara de
protección facial deportiva y de sus componentes generados anteriormente, posteriormente se
realizó el plano conjunto y los planos detalle de cada componente.
3.1.4.1.4. Selección de materiales
Para la selección de materiales se tomó en cuenta la función, objetivos, restricciones y variables
libres del material, a través de una carta e índice de materiales se realizó la selección del material
apropiado para componente de la máscara de protección facial deportiva.
74
3.1.4.1.5. Cálculos de Ingeniería
Se realizó los cálculos de algunos componentes y del cuerpo principal de la máscara de
protección facial deportiva como son:
Elongación del material de la correa bajo una carga axial
Esfuerzo cortante
Análisis estático del cuerpo principal de la máscara
3.1.4.1.6. Simulación en SolidWorks
En el programa se realizó el ensamble respectivo de los componentes de la máscara de
protección facial deportiva para ejecutar una simulación de impacto.
3.1.5. Fase 5
3.1.5.1. Fabricación
Se realizó un diagrama de flujos del proceso de fabricación de la máscara facial deportiva.
También se definió las características del producto y procesos, las mismas que fueron
documentadas mediante fotografías que se presentan en anexos.
3.1.6. Fase 6
3.1.6.1. Pruebas y refinamiento
En esta etapa se realizó una validación con el usuario de la máscara de protección facial
deportiva, la misma que será documentada en fotografías. Finalmente, en esta etapa se procedió a
realizar una matriz de funcionalidad de la máscara de protección facial deportiva en la misma que
se desarrolló las pruebas de:
Peso total de la máscara
75
Prueba de impacto mediante una aplicación móvil de acelerómetro
Pruebas de absorción de impacto del material mediante energía potencial gravitatoria
Pruebas de que el diseño digital es óptimo.
Prueba de absorción de agua del material interno
Prueba de cuánto tiempo se demora en colocarse la máscara
Prueba de que no afecta la visión la máscara al momento de ejercer un deporte
76
CAPÍTULO IV
RESULTADOS
4.1. Resultados Fase 1
4.1.1. Planeación
4.1.1.1. Análisis de Producto (Análisis Tipológico)
Se realizó un análisis tipológico de máscaras de protección facial deportivas actuales
presentadas a continuación en las Tablas 2,3,4 y 5.
Tabla 2. Análisis Tipológico 1 de máscaras de protección facial deportiva
Máscara de protección facial deportiva transparente
Imagen
Descripción
Máscara protectora para la práctica deportiva especialmente indicada en
casos de lesiones de tabique nasal, pómulos, cejas y/o frente. Adaptable
mediante cintas ajustables. Talla única. Color transparente.
Dimensiones Longitud de la frente: 20 cm
Longitud de los pómulos: 15 cm
Longitud frente – nariz: 12 cm
Material Policarbonato y con espumas conformables
Ventajas Su diseño permite al usuario la máxima visión en la práctica deportiva
77
Máscara de protección facial deportiva transparente
Correas ajustables.
Configuración Superficies curvas
Fuente: Elaboración propia basada en (Mueller, 2017)
Tabla 3. Análisis Tipológico 2 de máscaras de protección facial deportiva
Máscara de protección facial deportiva Qian Cheng Máscara Facial Guardia Nariz
Imagen
Descripción Protección eficaz para la cara, lo que permite que los jugadores para la
práctica de su deporte favorito con la máxima seguridad, ligereza extrema y
aspecto exclusivo, es de talla única.
Dimensiones Longitud de los pómulos: 12 a 14 cm
Material Fibra de carbono.
Ventajas Proporciona una alta protección para toda el área de cara sin influir en la visión
periférica.
Correas ajustables.
Configuración Superficies curvas.
Fuente: Elaboración propia basada en (Cheng, 2017)
78
Tabla 4. Análisis Tipológico 3 de máscaras de protección facial deportiva
Protector de nariz para la cara, máscara protectora L2
Imagen
Descripción Protección eficaz para las narices que necesitan sanación; elimina la posible
agravación de la lesión permitiendo a los atletas jugar al deporte incluso
antes de que el proceso de curación esté completo.
Dimensiones Longitud de los pómulos: 12 a 15 cm
Material Policarbonato
Ventajas El protector de nariz garantiza una protección completa para la nariz sin
ninguna obstrucción a la visión.
Correas ajustables.
Configuración Superficies Curvas.
Fuente: Elaboración propia basada en (Cheng, 2017)
Tabla 5. Análisis Tipológico 4 de máscaras de protección facial deportiva
SafeTGard máscara protectora para la nariz
Imagen
79
SafeTGard máscara protectora para la nariz
Descripción Máscara protectora para la práctica deportiva especialmente indicada en
casos de lesiones de tabique nasal.
Dimensiones Talla única
Material Funda protectora de acrílico Marco
Ventajas Diseñada para no interferir con la visión normal.
Correas ajustables.
Configuración Superficies Curvas.
Fuente: Elaboración propia basada en (SafeTGard, 2009)
4.1.1.2. Observación en uso
En el análisis tipológico realizado anteriormente se observó que el material más usado para la
parte principal de las máscaras de protección facial deportiva es el policarbonato, debido a que es
un polímero resistente al impacto y es un material relativamente blando que se puede manipular
fácilmente mediante un proceso de termoformado, además las máscaras de protección facial
deportiva son fabricadas con medidas estándar y cuenta con correas regulables para ajustar la
máscara al rostro del usuario. Sin embargo, estas máscaras no se pueden acoplar de una manera
anatómicamente precisa al rostro del usuario por sus medidas genéricas y el policarbonato no es
un material liviano lo que puede afectar la comodidad y el desempeño del usuario al momento de
practicar un deporte.
80
4.2. Resultados Fase 2
4.2.1. Desarrollo del concepto
4.2.1.1. Identificación de necesidades del cliente
Para identificar las necesidades del cliente se realizó una entrevista a 7 personas que practiquen
algún tipo de deporte de contacto como es el fútbol, rugby y el básquetbol que hayan sufrido una
lesión nasal, el modelo de la entrevista se presenta en el Anexo A. En la Figura 20 se muestra que
se cubre el 85% de las necesidades de clientes por lo cual en el Anexo B se presenta una lista de
los requerimientos más importantes del cliente y la traducción de los mismo en los QUÉS de la
matriz QFD.
Figura 20. Diagrama de Porcentaje de necesidad - número de entrevistas
Fuente: (Ulrich & Eppinger, 2009, pág. 78)
4.2.1.1.1. Diagrama de afinidad de los QUÉS para la matriz QFD
Se organizó las necesidades interpretadas del cliente mediante un diagrama de afinidad para
obtener los que QUÉS más relevantes de la matriz QFD que se muestra en las Figuras 21 y 22.
81
Figura 21. Diagrama de afinidad de los QUÉS parte 1. A) Factibilidad de limpieza, B) Resistente a
golpes físicos, C) Que sea liviana, D) Factibilidad de transportación
Fuente: Elaboración propia
82
Figura 22. Diagrama de afinidad de los QUÉS parte 2. E) Anatómicamente precisa al rostro, F) Evite
el sudor, G) Repuestos existentes en el mercado ecuatoriano, H) Especificaciones de uso
Fuente: Elaboración propia
4.2.1.1.2. Método de kano
Se realizó una encuesta a las mismas personas de la entrevista, cuyas preguntas han sido
generadas en base a los títulos de las categorías definidas anteriormente en el diagrama de afinidad
en este caso específico de los QUÉS; estas preguntas han sido formuladas a través de
requerimientos funcionales y disfuncionales. Que se presenta en el Anexo C.
83
En la Tabla 6, se observa la evaluación del modelo de Kano donde a los atributos básicos A
(Atractivos), U (Unidimensionales) y O (Obligatorios) se los agrega otros nuevos: D (respuesta
Dudosa), Inv. (pregunta Inversa) e I (Indiferencia ante el requerimiento considerado en la
pregunta), a continuación, se muestra los resultados obtenidos.
Tabla 6. Referencia Evaluación de Kano
Requerimiento de los
clientes
Disfuncional.
1 2 3 4 5
Funcional. 1 D A A A U
2 Inv. I I I O
3 Inv. I I I O
4 Inv. I I I O
5 Inv. Inv. Inv. Inv. D
Fuente: Elaboración propia
Se realizó un análisis de la pregunta en forma funcional y disfuncional formulada en base al
título “factibilidad de limpieza” obtenido en el diagrama de afinad de los QUÉS, mediante la Tabla
7 se concluye que al 57% les parece un requerimiento atractivo y el 43% piensan que es un
requerimiento indiferente que no es malo ni bueno para ellos.
84
Tabla 7. Interpretación 1 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de
kano
Requerimiento de los clientes Disfuncional.
Si la máscara de protección facial deportiva no
se puede limpiar con facilidad
1 2 3 4 5
Funcional.
Si la máscara de protección facial
deportiva se puede limpiar con
facilidad
1 4 (A)
2 2 (I)
3 1 (I)
4
5
Fuente: Elaboración propia
Se realizó un análisis de la pregunta en forma funcional y disfuncional formulada en base al
título “resistente a golpes físicos” obtenido en el diagrama de afinad de los QUÉS, mediante la
Tabla 8 se concluye que al 57% les parece un requerimiento atractivo y el 43% piensan que es un
requerimiento indiferente que no es malo ni bueno para ellos.
Tabla 8 Interpretación 2 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de
kano
Requerimiento de los clientes Disfuncional.
Si la máscara de protección facial deportiva no
es resistente a golpes físicos
1 2 3 4 5
Funcional. 1 4 (A)
2
2 (I)
85
Requerimiento de los clientes Disfuncional.
Si la máscara de protección facial deportiva no
es resistente a golpes físicos
1 2 3 4 5
Si la máscara de protección facial
deportiva es resistente a golpes
físicos
3 1 (I)
4
5
Fuente: Elaboración propia
Se realizó un análisis de la pregunta en forma funcional y disfuncional formulada en base al
título “anatómicamente precisa al rostro” obtenido en el diagrama de afinad de los QUÉS,
mediante la Tabla 9 se concluye que al 57% les parece un requerimiento atractivo, 29% piensan
que es un requerimiento indiferente que no es malo ni bueno para ellos y el 14% no se encuentra
satisfecha con este requerimiento por el resultado inverso que mencionó.
Tabla 9. Interpretación 3 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de kano
Requerimiento de los clientes Disfuncional.
Si la máscara de protección facial deportiva no
es anatómicamente precisa al rostro
1 2 3 4 5
Funcional. 1 4 (A)
2
1 (I) 1 (I)
3
86
Requerimiento de los clientes Disfuncional.
Si la máscara de protección facial deportiva no
es anatómicamente precisa al rostro
1 2 3 4 5
Si la máscara de protección facial
deportiva es anatómicamente precisa
al rostro
4
5
1 (Inv)
Fuente: Elaboración propia
Se realizó un análisis de la pregunta en forma funcional y disfuncional formulada en base al
título “evite el sudor” obtenido en el diagrama de afinad de los QUÉS, mediante la Tabla 10 se
concluye que al 43% les parece un requerimiento atractivo, el 29% piensan que es un requerimiento
indiferente que no es malo ni bueno para ellos, el 14% cree que es un requerimiento
unidimensional por la misma razón debe ser tomado en cuenta para competir en el mercado, y el
14% se confundió al momento de responder por lo cual dio como resultado que su respuesta es
dudosa
Tabla 10. Interpretación 4 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de kano
Requerimiento de los clientes Disfuncional.
Si la máscara de protección facial deportiva no
evita el sudor
1 2 3 4 5
Funcional. 1 1 (D) 3 (A) 1 (U)
2
87
Requerimiento de los clientes Disfuncional.
Si la máscara de protección facial deportiva no
evita el sudor
1 2 3 4 5
Si la máscara de protección facial
deportiva evita el sudor
3 1 (I)
4
1 (I)
5
Fuente: Elaboración propia
Se realizó un análisis de la pregunta en forma funcional y disfuncional formulada en base al
título “que sea liviana” obtenido en el diagrama de afinad de los QUÉS, mediante la Tabla 11 se
concluye que al 57% les parece un requerimiento atractivo, el 29% piensan que es un requerimiento
indiferente que no es malo ni bueno para ellos y el 14% no se encuentra satisfecha con este
requerimiento por el resultado que mostro es inverso.
Tabla 11. Interpretación 5 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de kano
Requerimiento de los clientes Disfuncional.
Si la máscara de protección facial deportiva no
es liviana
1 2 3 4 5
Funcional.
Si la máscara de protección facial
deportiva es liviana
1 4 (A)
2
1 (I) 1 (I)
3
4
88
Requerimiento de los clientes Disfuncional.
Si la máscara de protección facial deportiva no
es liviana
1 2 3 4 5
5 1 (Inv)
Fuente: Elaboración propia
Se realizó un análisis de la pregunta en forma funcional y disfuncional formulada en base al
título “repuestos existentes en el mercado ecuatoriano” obtenido en el diagrama de afinad de los
QUÉS, mediante la Tabla 12 se concluye que al 57% les parece un requerimiento atractivo y al
43% piensan que es un requerimiento indiferente que no es malo ni bueno para ellos.
Tabla 12. Interpretación 6 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de kano
Requerimiento de los clientes Disfuncional.
Si la máscara de protección facial deportiva no
tiene repuestos en el mercado ecuatoriano
1 2 3 4 5
Funcional.
Si la máscara de protección facial
deportiva tiene repuestos en el
mercado ecuatoriano
1 4 (A)
2 2 (I)
3 1 (A)
4
5
Fuente: Elaboración propia
Se realizó un análisis de la pregunta en forma funcional y disfuncional formulada en base al
título “factibilidad de transportación” obtenido en el diagrama de afinad de los QUÉS, mediante
89
la Tabla 13 se concluye que al 43% les parece un requerimiento atractivo, el 43% piensan que es
un requerimiento indiferente que no es malo ni bueno para ellos y el 14% se confundió al momento
de responder por lo cual dio como resultado que su respuesta es dudosa.
Tabla 13. Interpretación 7 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de kano
Requerimiento de los clientes Disfuncional.
Si la máscara de protección facial deportiva no
es de fácil transportar
1 2 3 4 5
Funcional.
Si la máscara de protección facial
deportiva es de fácil transportar
1 1 (D) 3 (A)
2
1 (I)
3
1 (I) 1 (I)
4
5
Fuente: Elaboración propia
Se realizó un análisis de la pregunta en forma funcional y disfuncional formulada en base al
título “especificaciones de uso” obtenido en el diagrama de afinad de los QUÉS, mediante la Tabla
14 se concluye que al 43% les parece un requerimiento atractivo, el 43% piensan que es un
requerimiento indiferente que no es malo ni bueno para ellos y el 14 % cree que es un
requerimiento obligatorio que debe ser tomado en cuenta.
90
Tabla 14. Interpretación 8 de la tabla de resultados de la encuesta aplicando el Método de kano
Requerimiento de los clientes Disfuncional.
Si la máscara de protección facial deportiva no
tiene manual de usuario
1 2 3 4 5
Funcional.
Si la máscara de protección facial
deportiva tiene manual de usuario
1 3 (A)
2 1 (I) 1 (O)
3 2 (I)
4
5
Fuente: Elaboración propia
4.2.1.1.2.1. Análisis reflexivo del Mapa de atributos
En base a la Tabla 15 se puede observar que, en su porcentaje más alto, las preguntas calificaron
en un rango de “Atractivo”, por lo cual estas características como son la factibilidad de la limpieza,
resistente a golpes, repuestos existente en el mercado ecuatoriano, anatómicamente precisa al
rostro y que sea liviana son esenciales para el desarrollo de la máscara de protección facial
deportiva. De la misma manera, se pudo observar este mapa de atributos que la factibilidad de
transportación y las especificaciones de uso son requerimientos “Indiferentes”, se supone, que el
traslado de máscara de protección facial no es importante para los deportistas porque ellos cuentan
con una maleta amplia en la cual llevan sus implementos deportivos y no necesitan especiaciones
de uso debido a que es un producto sencillo y de pocos componentes.
91
Tabla 15. Mapa de atributos de la interpretación de los resultados de la encuesta del método de Kano
Requerimientos Atractivo
(A)
Unidimensional
(U)
Obligatorio
(O)
Respuestas
dudosas (D)
Pregunta
inversa
(Inv)
Indiferente
(I)
Total
(%)
Factibilidad de limpieza 57% 0% 0% 0% 0% 43% 100%
Resistente a golpes
57%
0%
0%
0%
0%
43%
100%
Anatómicamente precisa al
rostro
57 % 0% 0% 0% 14% 29% 100%
Evite el sudor 43% 14% 0% 14% 0% 29% 100%
Que sea liviana 57% 0% 0% 0% 14% 29% 100%
Repuestos existentes en el
mercado ecuatoriano
57% 0% 0% 0% 0% 43% 100%
Factibilidad de transportación 43% 0% 0% 14% 0% 43% 100%
Manual de usuario 43% 0% 14% 0% 0% 43% 100%
Fuente: Elaboración propia
92
4.2.1.1.2.2. Análisis reflexivo de la Curva de atracción
En la Figura 23 se puede observar que la tendencia de los requerimientos sobre la curva de
atracción que se la representa con la letra C. La curva C representa que los clientes les sorprende,
deleite y entusiasma estos puntos. Es algo que habría de esperarse de un producto pensado en
deportistas que han sufrido lesiones nasales y desean continuar con sus actividades deportivas con
normalidad, de manera que va hacer personalizado anatómicamente exacto al rostro del cliente y
es muy innovador a nivel nacional. La especificación de uso y la factibilidad de transporte se
colocaron en la curva B esto quiere decir que es algo bueno que lo tenga, pero no molestaría que
no lo tuviera.
Figura 23. Curva de atracción
Fuente: Elaboración propia
93
4.2.1.1.3. Diagrama de Ishikawa
En base con los QUÉS obtenidos en el diagrama de afinidad se realizó un diagrama de Ishikawa
para determinar los CÓMOS de la matriz QFD, que se muestran a continuación en las Figuras 24
y 25.
94
Figura 24. Diagrama de Ishikawa parte 1. A) Factibilidad de limpieza, B) Que sea liviana, C) Resistente a golpes, D) Repuestos existentes en
el mercado
Fuente: Elaboración propia
95
Figura 25. Diagrama de Ishikawa parte 2. E) Anatómicamente precisa al rostro, F) Factibilidad de transportación, G) Evite el sudor, H)
Especificaciones de uso
Fuente: Elaboración propia
96
4.2.1.1.3.1. Diagrama de afinidad de los CÓMOS para la matriz
QFD
Se organizó los CÓMOS de los diagramas de Ishikawa mediante un diagrama de afinidad para
obtener los CÓMOS más relevantes para la matriz QFD que se muestra a continuación en las
Figuras 26 y 27.
Figura 26. Diagrama de afinidad de los CÓMOS parte 1. A) Calidad de piezas, B) Manual de usuario,
C) No genere calor en el interior, D) Diseño computarizado, E) Pesto total, F) Tipo de material
Fuente: Elaboración propia
97
Figura 27. Diagrama de afinidad de los CÓMOS parte 2. G) Tamaño total, H) Material interno suave,
I) Resistencia a la flexión, J) Resistente a la tensión, K) Material resistente al agua
Fuente: Elaboración propia
4.2.1.2. Establecer especificaciones objetivo
Se realizó un análisis de comparaciones que se muestra en la Tabla 17, en las mismas que se ha
usado una escala del 1 al 5 que se muestra en la Tabla 16.
Tabla 16. Escala de medición de un análisis comparativo
Escala Significado
5 Mejor qué
Peor qué
3
1
Fuente: Elaboración propia
98
Tabla 17. Análisis en función al confort y al material
Máscara de
transparente
SafeTGard
Máscara
protectora L2
Estabilidad al momento de ejercer el
deporte
3 3 3
Deja marcada la piel por el uso 2 2 3
Afecta la visibilidad 1 1 1
Fácil de colocarse 2 4 4
Correas regulables 5 5 5
Afecta la respiración 2 2 2
Adaptabilidad al rostro 3 4 3
Resistente al agua 5 5 5
Facilidad de limpiar 4 3 4
Facilidad de reparar 4 4 4
Ligera 4 3 5
Acoplarse correctamente al usuario 3 3 3
Resistente a golpes 3 3 3
Deja irritada la piel por el sudor 4 5 2
TOTAL 45 47 47
Fuente: Elaboración propia
99
Mediante el análisis comparativo de confort y de material se puede observar que los principales
competidores son SafeTGard y la máscara protectora L2 convirtiéndose en nuestro competidor
directo ya que cumple con la mayoría de las características o estándares que debe cumplir una
máscara de protección facial deportiva.
4.2.1.2.1. Desarrollo de la matriz QFD
Para determinar el funcionamiento de la máscara de protección facial deportiva se realizó la
metodología QFD, donde el requerimiento principal es la voz del cliente que presentó en la Tabla
15, de acuerdo el análisis de la Tabla 17 los competidores directos son SafeTGard y la máscara
protectora L2.
4.2.1.2.1.1. QFD de la máscara de protección facial deportiva
En la Figura 28, se presenta los QUÉS de la matriz QFD, y en la Figura 29 se muestra la matriz
QFD la misma que transforma los requerimientos en especificaciones técnicas para el proceso de
diseño de la máscara de protección facial deportiva.
QUE'S
Que sea fácil de limpiar 5
Que sea resistente a golpes físicos 5
Que sea anatómicamente precisa al rostro 5
Que evite el sudor 4
Que sea liviana 4
Que cuente con repuestos existentes en el mercado ecuatoriano 3
Que sea fácil de transportar 3
Que tenga manual de usuario 2
Figura 28. QUÉS de la Matriz QFD
Fuente: Elaboración propia
100
Figura 29. Matriz QFD
Fuente: Elaboración propia
101
Para la Figura 29 se utilizó la escala de medición que se presenta en la Tabla 18.
Tabla 18. Escala de medición para la matriz QFD
Escala de medición para la matriz QFD
Diseño Computarizado Manual de usuario Material Resistente al agua
Alta Si el diseño de la máscara
es anatómicamente preciso
al rostro digital del usuario
Si el manual tiene un
máximo de 10 hojas
Si el material no absorbe
agua al momento de
mojarle
Media
Si el diseño de la máscara
no se ajusta
anatómicamente precisa al
rostro digital del usuario
en todas las superficies
Si el manual tiene un
máximo de 20 hojas
Si el material absorbe una
cantidad mínima de agua
Baja Si el diseño de la máscara
no es anatómicamente
preciso al rostro digital del
usuario
Si el manual tiene más de
20 hojas
Si el material absorbe agua
al momento de mojarle
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 29 se observa en la parte de los COMÓS de la matriz QFD la resistencia a la flexión
y resistencia a la tensión que son 14 MPa y 12 MPa correspondientemente, dichos valores se han
tomado de referencia del policarbonato debido a que los competidores directos fabrican las
máscaras con este tipo de material.
102
4.2.1.2.1.1.1. Dificultad organizacional
En la Figura 30, se muestra la dificultad organizacional que representa el nivel de dificultad que
se tiene para alcanzar un requerimiento de diseño CÓMOS.
Figura 30 Dificultad organizacional
Fuente: Elaboración propia
103
4.2.1.2.1.2. Diagnóstico QFD
4.2.1.2.1.2.1. Puntos críticos
Análisis: En el análisis de la matriz QFD que se muestra en la Figura 31 se encontró como
punto crítico que sea fácil de limpiar en relación de que no genere calor en el interior. La
competencia como es Safe TGard presenta un diseño en el cual se puede limpiar la máscara de
protección facial de una manera práctica.
Propuesta: Se propone realizar un diseño simple para que el usuario pueda desarmar la
máscara de protección facial deportiva y realice de una manera fácil, práctica y sencilla la
limpieza de esta.
104
Figura 31. Punto Crítico
Fuente: Elaboración propia
105
4.2.1.2.1.2.2. Conflicto
Análisis: En el análisis de la matriz QFD que se muestra en la Figura 32 se encontró como
conflictos la posibilidad limpiar con facilidad, lo que dependería del tamaño de la máscara de
protección facial deportiva, y la flexión de la máscara de protección facial deportiva. El hecho que
se pueda limpiar con facilidad va a depender de la calidad de las piezas y el tipo de material de la
máscara de protección facial deportiva, además que sea resistente a: materiales de limpieza
tradicionales, solventes de limpieza, detergentes, al agua y sin detalles que atrapen suciedad, las
mimas que no deben afectar la máscara de protección facial deportiva.
Propuesta: Se propone realizar un diseño simple para que el usuario pueda manipular
fácilmente la máscara de protección facial deportiva para realizar su limpieza sin que sufra daños.
106
Figura 32. Conflicto
Fuente: Elaboración propia
107
4.2.1.2.1.2.3. Importancia técnica
Análisis: En el análisis de la matriz QFD que se muestra en la Figura 33 se encontró como
importancia técnica que la máscara de protección facial deportiva se pueda limpiar con facilidad
va a depender directamente de la calidad de las piezas y el tipo de material de cada componente,
otra importancia técnica es que sea anatómicamente precisa al rostro lo que se tiene que realizar
en programas de diseño CAM/CAE para proponer el tipo de materiales con los que se va a ejecutar
la fabricación de tal manera que las piezas sean de calidad que satisfagan las necesidades de la
persona que va a usar la máscara de protección facial deportiva. Finalmente, se tiene que el diseño
y el tipo de material es el factor principal para que la máscara de protección facial pueda proteger
al deportista de golpes físicos en su rostro.
Propuesta: Se propone realizar un diseño que sea anatómicamente preciso al rostro del usuario
sin limitar la visión periférica, además la máscara de protección facial deportiva se realizará con
materiales de alta calidad que resistan a golpes físicos.
108
Figura 33. Importancia Técnica
Fuente: Elaboración propia
109
4.2.1.2.1.2.4. Ventaja competitiva
Análisis: En el análisis de la matriz QFD que se muestra en la Figura 34 se encontró como
ventaja competitiva que sea resistente a golpes y que el diseño sea anatómicamente preciso al
rostro debido a que va hacer una parte fundamental si el diseño es realizado con el concepto de
fabricación digital para poder determinar el tamaño y el tipo de material de la máscara de
protección facial deportiva.
Propuesta: Realizar el diseño de la máscara de protección facial personalizado en programas
para que se adapte correctamente al rostro del usuario, por otro lado, garantizar la calidad de los
materiales de la máscara de protección facial deportiva para que proteja el rostro del deportista y
el mismo no pierda la confianza al momento de usarla.
110
Figura 34. Ventaja competitiva
Fuente: Elaboración propia
111
4.2.1.2.1.2.5. Indispensable mejorar
Análisis: En el análisis de la matriz QFD que se muestra en la Figura 35 se encontró como
indispensable mejorar que se pueda limpiar con facilidad dependerá del tamaño y del tipo de
material de la máscara de protección facial deportiva.
Propuesta: Realizar el diseño de la máscara de protección facial deportiva con un cierto
parecido al modelo Safe TGard, pero con un diseño personalizado que es anatómicamente preciso
al rostro del usuario. Desarrollar el diseño de la máscara con materiales compuestos debido a sus
propiedades mecánicas y además que proporciona nuevas posibilidades estéticas gracias a su
capacidad de moldear formas complejas, fluidas y creativas con gran precisión, ofreciendo un
ahorro significativo de peso que proporciona mayor libertad en el diseño.
112
Figura 35. Indispensable mejorar
Fuente: Elaboración propia
113
4.2.1.2.1.2.6. Evaluación pobre
Análisis: En el análisis de la matriz QFD que se muestra en la Figura 36 se encontró como
evaluación pobre que el manual de usuario es una calificación muy baja por parte del usuario, por
lo que la máscara de protección facial deportiva es un producto sencillo de utilizar. En definitiva,
no necesita manual de usuario.
114
Figura 36. Evaluación pobre
Fuente: Elaboración propia
115
4.2.1.2.1.2.7. Matriz de diagnóstico
Análisis: En el análisis de la matriz QFD que se muestra en la Figura 37 se encontró como la
matriz de diagnóstico, que en estos puntos es necesario efectuar acciones de mejora, que se
realizará en una posterior etapa en caso de ser necesario.
Propuesta: Se propone vigilar los cambios en los requerimientos y opiniones de los deportistas
que utilizan máscaras de protección facial deportiva cada cierto tiempo, creando una base de
sugerencia que sirvan de punto de apoyo para futuras mejoras.
116
Figura 37. Matriz de diagnóstico
Fuente: Elaboración propia
117
4.2.1.2.1.2.8. Matriz de especificaciones
Tabla 19. Matriz de especificaciones basada en la matriz QFD
Fuente: Elaboración propia
Para la Tabla 19 se utilizó la escala de medición que se presenta en la Tabla 20.
Matriz de especificaciones basada en la matriz QFD
Item Especificación Especificación
técnica
Unidad
1 Peso de la máscara ≤ 0,07 kg
2 Protección de impactos de una pelota de
fútbol a una velocidad
90 𝑘𝑚
ℎ
3 Protección de impactos de una pelota
con masa
0,41 kg
4 Sujeción de la máscara con la correa 12 N
5 Diseño Digital Excelente Excelente, aceptable e
inaceptable
6 No deja irritada la piel por el sudor Excelente Excelente, aceptable e
inaceptable
7 Fácil de colocarse Excelente Excelente, aceptable e
inaceptable
8 No afecta la respiración Excelente Excelente, aceptable e
inaceptable
9 Visión periférica Agujero de los ojos
Largo: 52± 0,3
Ancho:49± 0,3
mm
118
Tabla 20. Escala de medición para la matriz de especificaciones basada en la matriz QFD
Escala de medición para la matriz QFD
Especificación Excelente Aceptable Inaceptable
Diseño digital Si el diseño de la máscara es
anatómicamente precisa al
rostro digital del usuario
Si el diseño de la máscara no se ajusta
anatómicamente precisa al rostro digital
del usuario en todas las superficies
Si el diseño de la máscara no es
anatómicamente precisa al rostro
digital del usuario
No deja irritada la
piel por el sudor
El material interior de la
máscara absorbe agua
El material interior de la máscara
absorbe la mayor parte agua
El material interior de la
máscara no absorbe agua
Fácil de colocarse Si se puede colar en menos de
60 segundos
Si se puede colar en menos de 90
segundos
Si se puede colocar en más de
90 segundos
No afecta la
respiración
El diseño no recubre las fosas
nasales
El diseño recubre partes mínimas de las
fosas nasales
El diseño recubre las fosas
nasales
Fuente: Elaboración propia
119
4.2.1.3. Generación de conceptos
Se realizó un mapa mental a través de una lluvia de ideas para generar conceptos alternativos
para el diseño de la máscara de protección facial deportiva que se muestra en la Figura 38.
Figura 38. Mapa mental conceptos de diseño
Fuente: Elaboración propia
Se realizó la estructura funcional de la máscara de proteccion facial deportiva que se muestra a
continuación en la Figura 39, la función principal se encuentra en la parte A, donde las flechas
horizontales señalan la entrada y salida del proceso mientras que las subfuciones se encuentran en
la parte B, donde las felchas indican puntos de criterio de decisión para el paso entre diferentes
etapas de desarrollo de la mascara de proteccion facial deportiva.
120
Figura 39. Estructura funcional. A) Parte principal, B) Subfunciones
Fuente: Elaboración propia
4.2.1.4. Selección del concepto
Se seleccionó el concepto de diseño de Constructivismo debido que satisface con las
especificaciones de la matriz QFD, especialmente se ha tomado como referencia el punto de la
importancia técnica debido a que son requerimientos de gran importancia para el cliente, por lo
que se ha realizó varios bocetos referentes al constructivismo basándose principalmente en el uso
de formas simples como son cuadrados y círculos.
Boceto 1: En la Figura 40 se observa los detalles de diseño en posición frontal, lateral y
posterior de una máscara de protección facial deportiva desarrollada en base en base a líneas rectas
en su contorno exterior. Debido a su diseño brinda una visión periférica al usuario la cual es un
requisito necesario para la práctica de actividades deportivas con regularidad.
121
Figura 40. Boceto 1
Fuente: Elaboración propia
Boceto 2: En la Figura 41 se observa los detalles de diseño en posición frontal, lateral y
posterior de una máscara de protección facial deportiva desarrollada en base en base figuras
geométricas simples y en líneas curvas en su contorno exterior. Debido a su diseño brinda una
visión periférica al usuario la cual es un requisito necesario para la práctica de actividades
deportivas con regularidad.
122
Figura 41. Boceto 2
Fuente: Elaboración propia
Boceto 3: En la Figura 42 se observa los detalles de diseño en posición frontal, lateral y
posterior de una máscara de protección facial deportiva la misma que no cubre las zonas periféricas
externas de los ojos y se desarrolló en base en base a líneas rectas redondeadas en las esquinas en
su contorno exterior e interior. Debido a su diseño brinda una visión periférica al usuario la cual
es un requisito necesario para la práctica de actividades deportivas con regularidad.
123
Figura 42. Boceto 3
Fuente: Elaboración propia
Boceto 4: En la Figura 43 se observa los detalles de diseño en posición frontal, lateral y
posterior de una máscara de protección facial deportiva la misma que no cubre zonas periféricas
externas de los ojos y se desarrolló en base en base a figuras geométricas simples y en líneas curvas
en su contorno exterior e interior. Debido a su diseño brinda una visión periférica al usuario la cual
es un requisito necesario para la práctica de actividades deportivas con regularidad.
124
Figura 43. Boceto 4
Fuente: Elaboración propia
Se realizó una encuesta a las mismas personas entrevistadas para poder seleccionar el boceto,
se puede observar en la Tabla 21 los resultados de la entrevista. En el Anexo D se puede observar
la encuesta aplicada.
125
Tabla 21. Selección del boceto
Pregunta Persona
1
2
3
4
¿Cuál es su
diseño
favorito de la
máscara de
protección
facial
deportiva?
1 X
2 X
3
X
4
X
5
X
6
X
7
X
Total 1 4 0 2
Fuente: Elaboración propia
126
Análisis de resultados de la selección de bocetos
En la Tabla 21 se puede observar que con el 57 % el boceto 2 es el más atractivo para el
cliente debido a que es un diseño simple y satisface todas sus necesidades especialmente la de
brindar una visión periférica.
4.3. Resultados Fase 3
4.3.1. Diseño en el nivel sistema
Se realizó un boceto de sujeción para la parte posterior de la cabeza que se observa en la Figura
44, el diseño fue pensando para que se ajuste correctamente a la máscara de protección facial
deportiva debido a que es flexible.
Figura 44. Boceto 5: Soporte de la parte posterior de la cabeza
Fuente: Elaboración propia
127
Se realizó un análisis morfológico de los componentes accesibles en el mercado ecuatoriano
que brinden la unión de la máscara de protección facial deportiva con el soporte de la parte
posterior de la cabeza, tomando en cuenta su forma, color y función, los mismos que se presentan
en la Tabla 22.
Tabla 22. Análisis tipológico de cintas de sujeción
Cintas de sujeción de la máscara de protección facial deportiva con el rostro del usuario
Producto Descripción Material Color Dimensión
Velcro adhesivo
Cinta adhesiva compuestas por
dos cintas; una cara consiste en
unos diminutos y flexibles
ganchos que se agarran a la cara
compuesta de pequeños y
suaves bucles.
Nylon
y cuero
sintético
Negro
Blanco
Ancho =
20 mm
Correa de mochila con
hebilla
Se puede ajustar
longitudinalmente en un lado de
la hebilla
Poliéster
y plástico
Negro Ancho =
25-70 mm
Fuente: Elaboración propia
En la Tabla 23 se muestra una matriz de selección de diferentes cintas de sujeción para la
máscara de protección facial deportiva, para seleccionar el componente idóneo; Para la escala se
medición se utilizó la Tabla 16.
128
Tabla 23. Análisis de confort de las cintas de sujeción
Velcro adhesivo
Correa de mochila con hebilla
Deja marcada la piel por el uso 4 3
Factibilidad de colocarse 5 4
Se pueda regular 5 5
Durabilidad 4 5
Total 17 16
Fuente: Elaboración propia
Mediante la matriz de selección de confort de las cintas de sujeción se concluye que el componente
idóneo para la máscara de protección facial deportiva es el velcro adhesivo, principalmente debido
a que se puede regular y a la factibilidad de colocarse.
4.4. Resultados Fase 4
4.4.1. Diseño en detalle
4.4.1.1. Tratamiento de las imágenes médicas DICOM en Invensalius
Con el software público Invensalius se realizó el tratamiento de las imágenes médicas DICOM
del cráneo para generar el modelo tridimensional del usuario en tamaño natural, en la Figura 45
muestra la segmentación de los tejidos y de los huesos del cráneo, finalmente se exportó en formato
STL.
129
Figura 45. Tratamiento de imágenes médicas DICOM del cráneo en el software Invensalius
Fuente: Elaboración propia
4.4.1.2. Modelado digital en Blender
En el software de uso público Blender se abrió en formato STL el modelo tridimensional
generando anteriormente en Invensalius, en la Figura 46 se muestra el modelo 3D del cráneo sobre
130
el cual se desarrolló el diseño de la máscara de protección facial deportiva que se muestra en la
Figura 47. Finalmente se exportó en formato STL.
Figura 46. Modelo 3D del cráneo en el software de uso público Blender
Fuente: Elaboración propia
131
Figura 47. Modelo 3D de la máscara de protección facial deportiva en el software de uso público
Blender
Fuente: Elaboración propia
4.4.1.3. Planos
En el software Inventor se abrió el modelo 3D de la parte principal de la máscara de protección
facial deportiva y de sus componentes generados anteriormente, posteriormente se realizó el plano
conjunto y los planos detalle de cada componente que se presentan a continuación en Anexos.
4.4.1.4. Selección de materiales
Para la selección de los materiales se tomó en cuenta la función, objetivos, restricciones y
variables libres del material, a través de una carta e índice de materiales se realizará la selección
del material apropiado para componente de la máscara de protección facial deportiva.
132
4.4.1.4.1. Selección de materiales para el cuerpo principal de la máscara
de protección facial deportiva
Es necesario relacionar los requerimientos de diseño con las propiedades del material de
acuerdo con la función principal y restricciones. La restricción principalmente es con la que
debería estar el material principal de la máscara de protección facial deportiva. En la Tabla24 se
presenta los parámetros del material
Tabla 24. Parámetros de la parte principal de la máscara deportiva de protección facial
para la selección del material
Requisitos de diseño de la parte principal de la máscara de protección facial deportiva
Función Protección de impactos físicos, panel flexión
Objetivos Peso mínimo
Restricción Resistencia al agua, resistencia a impactos y
facilidad de limpieza
Variables libres Espesor
Fuente: Elaboración propia
El índice de un material define el criterio de optimización, para este proyecto fue el peso mínimo
del material en su resistencia, por lo que se tomó el índice 𝐸1/3
para calcular la pendiente donde se 𝑝
tiene que 𝐸 = módulo de Young y 𝑝 = densidad, como resultado se obtuvo la pendiente igual a 3
que se la graficó en la carta tenacidad a la fractura – densidad.
Para una función de panel flexión con peso mínimo, a través de la base de datos nivel 3
aeroespacial en la categoría polímeros – plástico del software Ces Edupack se identificó la lista de
materiales que cumplen las características presentadas en la Tabla 24.
133
En la Figura 48 muestra la carta tenacidad a la fractura – densidad, en la misma que se identificó
los materiales idóneos tomando en cuenta como un límite la durabilidad, el contacto con el agua y
que sea resistente a impactos.
Figura 48. Identificación del conjunto de materiales. Carta de tenacidad a la fractura - densidad
Fuente: Elaboración propia basada en Ces Edupack
En la figura 49 se muestra la carta agua (fresca) – densidad, en la que se puede apreciar dentro
del grupo de materiales compuestos. En la Tabla 25 se presentan los materiales recomendados para
el desarrollo del cuerpo principal de la máscara de protección facial deportiva.
134
Tabla 25. Materiales para el cuerpo principal de la máscara con el valor del índice (pendiente = 3)
Material Valor
del
índice en
Unidad Base del
material
% de
relleno en
peso
Relleno /
refuerzo
Forma de relleno /
refuerzo
Fibra de carbono epoxi /
impregnadas, Disposición UD
0,00259 (𝑀𝑃𝑎)1/3
𝑘𝑔⁄ 3
𝑚
Resina epoxi 65 -70 Carbón Colocación
unidireccional
Fibra de carbono epoxi / tejido
no ondulado con resina,
disposición UD
0,00259 (𝑀𝑃𝑎)1/3
𝑘𝑔⁄ 3
𝑚
Resina epoxica 65 -70 Carbón Tela no ondulada,
disposición
unidireccional
Fibra de carbono epoxi / tejido
impregnadas, Disposición
biaxial
0,00224 (𝑀𝑃𝑎)1/3
𝑘𝑔⁄ 3
𝑚
Resina epoxica 60 -65 Carbón Tela tejida colocación
biaxial
SMS de poliéster (50% de fibra
de vidrio)
0,00202 (𝑀𝑃𝑎)1/3
𝑘𝑔⁄ 3
𝑚
Resina de
poliéster
insaturado
60 - 66 Mineral de
vidrio
Fibra larga (<5 mm) en
partículas
Fuente: Elaboración propia basada en Ces Edupack
135
Figura 49. Identificación del conjunto de materiales. Carta de agua (fresca)– densidad
Fuente: Elaboración propia basada en Ces Edupack
El material seleccionado es fibra de carbono epoxi / tejido no ondulado con resina, disposición
UD, debido a sus propiedades que se presentan en la Tabla 26, es un polímero termoestable que se
endurece cuando se mezcla con un agente catalizador y brinda mayor resistencia a los UV, sim
embargo sus acabados superficiales son únicos y es un material que se encuentra disponible en el
mercado ecuatoriano.
Tabla 26. Propiedades de la fibra de carbono epoxi / tejido no ondulado con resina
Propiedades y Características Valor Unidad
Densidad 1550 – 1580 𝑘𝑔
𝑚3
Módulo de Young (módulo de
elasticidad)
110 – 131 Gpa
Resistencia a la flexión 1270 – 1370 MPa
Resistencia a la tensión 1480 – 1840 MPa
136
Propiedades y Características Valor Unidad
Temperatura máxima de servicio 140 – 220 °C
Resistencia al agua Excelente Excelente, aceptable e inaceptable
Resistencia a la radiación UV Excelente Excelente, aceptable e inaceptable
Fuente: Elaboración propia basada en Ces Edupack
4.4.1.4.2. Selección de materiales de la parte interior de la máscara de
protección facial deportiva
Es necesario relacionar los requerimientos de diseño con las propiedades del material de
acuerdo con la función principal y restricciones. La restricción principalmente es con la que
debería estar el material interno de la máscara de protección facial deportiva. En la Tabla 27 se
presenta los parámetros del material.
Tabla 27. Parámetros de la parte interna de la máscara deportiva de protección facial para
la selección del material
Requisitos de diseño de la parte interna de la máscara de protección facial deportiva
Función Absorber el impacto
Objetivos Peso mínimo
Restricción Resistencia al sudor (agua salada) y no irritar
la piel (hipoalergénico)
Variables libres Espesor
Fuente: Elaboración propia
El índice de un material define un criterio de optimización el cual para este proyecto fue el peso
mínimo del material, por lo que se tomó el índice 𝐸1/3
para calcular la pendiente, donde se tiene 𝑝
que E = módulo de Young y p = densidad, como resultado se obtuvo la pendiente igual a 3 que se
la graficó en la carta elasticidad – densidad.
137
Para una función de panel flexión con peso mínimo, a través de la base de datos ciencia e
ingeniería de los materiales en la categoría todos los materiales del software Ces Edupack se
identificó los materiales que cumplen con las especificaciones de la Tabla 28.
En la carta de materiales módulo de elasticidad - densidad que se muestra en la Figura 50 se
identificó los materiales idóneos tomando en cuenta como un límite la durabilidad con el contacto
de agua salada y el pH de la piel.
Figura 50. Identificación del conjunto de materiales tipo espuma. Carta de módulo de elasticidad –
densidad
Fuente: Elaboración propia basada en Ces Edupack
En la Figura 51 se muestra la carta agua (sal) – densidad, en la que se puede apreciar dentro del
grupo de espumas, los materiales adecuados para la parte interior de la máscara se presentan en la
Tabla 28.
138
Tabla 28. Materiales para la parte interior de la máscara con el valor del índice (pendiente = 3)
Material Valor del índice Unidad
Espuma Polimérica Rígida (LD) 0,00697 (𝑀𝑃𝑎)1/3
𝑘𝑔⁄ 3
𝑚
Espuma Polimérica Rígida (MD) 0,00492 (𝑀𝑃𝑎)1/3
𝑘𝑔⁄ 3
𝑚
Espuma Polimérica Rígida (HD) 0,00239 (𝑀𝑃𝑎)1/3
𝑘𝑔⁄ 3
𝑚
Fuente: Elaboración propia basada en Ces Edupack
Figura 51. Identificación del conjunto de materiales tipo espuma. Carta de agua (sal)– densidad
Fuente: Elaboración propia basada en Ces Edupack
El material seleccionado es la espuma polimérica rígida (LD) por su alto índice y debido a sus
propiedades que se presentan en la Tabla 29. Es un sustrato estéril de espuma sus principales
características es que brinda esterilidad, absorbe el sudor, fácil de usar y la higiene, lo más
importante es que es un material que se encuentra disponible en el mercado ecuatoriano.
139
Tabla 29. Propiedades de la espuma polimérica rígida (LD)
Propiedades y Características Valor Unidad
Densidad 36 – 70 𝑘𝑔
𝑚3
Módulo de Young (módulo de elasticidad) 0,023 – 0,80 Gpa
Resistencia a la flexión 0,245– 2,25 MPa
Resistencia a la tensión 0,24– 0,85 MPa
Temperatura máxima de servicio 69,9 – 117 °C
Resistencia al agua fresca Excelente Excelente, aceptable e inaceptable
Resistente al agua salada Excelente Excelente, aceptable e inaceptable
Resistente al pH de la piel (ácido) Excelente Excelente, aceptable e inaceptable
Moldeabilidad Aceptable Excelente, aceptable e inaceptable
Fuente: Elaboración propia basada en Ces Edupack
4.4.1.4.3. Selección de materiales de la parte de sujeción trasera de la
cabeza
Es necesario relacionar los requerimientos de diseño con las propiedades del material de
acuerdo con la función principal y restricciones. La restricción principalmente es con la que
debería estar el material de la parte posterior de la máscara de protección facial deportiva. En la
Tabla 30 se presenta los parámetros del material.
Tabla 30. Parámetros de la parte posterior de la máscara deportiva de protección facial
para la selección del material
Requisitos de diseño de la parte de sujeción trasera de la cabeza
Función Sujetar la máscara con la cabeza
Objetivos Peso mínimo
140
Requisitos de diseño de la parte de sujeción trasera de la cabeza
Restricción Resistencia al sudor (agua salada) y que se
pueda estirar
Variables libres Espesor
Fuente: Elaboración propia
El índice de un material define un criterio de optimización el cual para este proyecto fue el peso
mínimo del material, que absorba el sudor y que se pueda estirar, por lo que se tomó el índice 𝐸
𝑝
para calcular la pendiente, donde se tiene que que 𝐸 = módulo de Young y 𝑝 = densidad, como
resultado se obtuvo la pendiente igual a 1 que se la graficó en la carta alargamiento – uso de agua.
Para una función de tensión tirante con peso mínimo, a través de la base de datos ciencia e
ingeniería de los materiales en la categoría todos los materiales del software Ces Edupack se
identificó los materiales que cumplen con las especificaciones de la Tabla 31.
En la Figura 52 se identificó los materiales idóneos tomando en cuenta como un límite la
durabilidad con el contacto de agua salada y estiramiento. En la Tabla 31se presenta los materiales
recomendados para el desarrollo de la parte interior de la máscara de protección facial deportiva.
Tabla 31. Materiales de la parte de sujeción trasera de la cabeza con el valor del índice (pendiente =
1)
Material Valor del índice Unidad
Policloropreno (neopreno) 3,87 𝑀𝑃𝑎
𝑘𝑔⁄ 3
𝑚
Caucho de poliisopreno 3,6 𝑀𝑃𝑎
𝑘𝑔⁄ 3
𝑚
141
Material Valor del índice Unidad
Elastómeros de silicona 1,22 𝑀𝑃𝑎
𝑘𝑔⁄ 3
𝑚
Fuente: Elaboración propia basada en Ces Edupack
Figura 52. Identificación del conjunto de materiales tipo espuma. Carta de alargamiento – uso de agua
Fuente: Elaboración propia basada en Ces Edupack
El material seleccionado es el neopreno por su alto índice y debido a sus propiedades que se
presentan en la Tabla 32. Es un polímero derivado del caucho sus principales características es que
absorbe el sudor y la flexibilidad ya que puede ser doblado, torcido o manejado de diversas
maneras, sin que pierda su forma inicial, lo más importante es que es un material que se encuentra
disponible en el mercado ecuatoriano.
Tabla 32. Propiedades del neopreno
Propiedades y Características Valor Unidad
Densidad 1,23e3 – 1,3e3 𝑘𝑔
𝑚3
142
Propiedades y Características Valor Unidad
Módulo de Young
(módulo de elasticidad)
0,00165 – 0,0021 Gpa
Alargamiento 750 – 950 % presión
Resistencia a la tensión 12– 23,9 MPa
Temperatura máxima de servicio 103 – 111 °C
Resistencia al agua fresca Excelente Excelente, aceptable e inaceptable
Resistente al agua salada Excelente Excelente, aceptable e inaceptable
Moldeabilidad Excelente Excelente, aceptable e inaceptable
Radiación UV Aceptable Excelente, aceptable e inaceptable
Fuente: Elaboración propia basada en Ces Edupack
4.4.1.5. Cálculos de Ingeniería
4.4.1.5.1. Elongación del neopreno bajo una carga axial
Se consideró que la longitud del neopreno es de 200 mm de longitud, 15 mm de ancho y 1,5
mm de espesor, donde se sometió a una carga de 40N, De acuerdo con Ces Edupack el módulo
máximo de Young es de 2,1 MPa. En la Figura 53 se observa el planteamiento grafico del
problema.
Figura 53. Elongación del neopreno bajo una carga axial
Fuente: Elaboración propia
143
𝐹 𝜎 =
𝐴
( 1)
𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒;
𝜎 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜
𝐹 = 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎
𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎
Calcular el Área
𝐴 = 𝑏 ∗ ℎ ( 2)
𝐴 = 15 𝑚𝑚 ∗ 1,5 𝑚𝑚
Aplicar la ley de Hooke
𝜎 = 𝐸 ∗ ∈ ( 3)
donde;
𝜎 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜
𝐸 = 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑌𝑜𝑢𝑛𝑔
∈= 𝐷𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎
Además, se tiene que:
𝛿 ∈=
𝐿𝑜
( 4)
Donde;
𝛿 = 𝐷𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
𝐿𝑜 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
144
Desarrollo
Aplicar la ecuación (3)
𝜎 = 𝐸 ∗ ∈
Reemplazar las ecuaciones (1) y (4) en (3)
𝐹 = 𝐸 ∗ 𝛿
𝐴 𝐿𝑜
𝛿 = 𝐹 ∗ 𝐿𝑜
𝐴 ∗ 𝐸
𝛿 = 40𝑁∗ 200𝑚𝑚
22.5 𝑚𝑚2∗2,1 𝑁
𝑚𝑚
𝛿 = 169 𝑚𝑚
4.4.1.5.2. Esfuerzo cortante de la cinta adhesiva velcro
De acuerdo con Luca de Lima (2000), como referencia tenemos que el límite de la resistencia
de apertura a la tracción de la cinta adhesiva velcro es de 0,296 𝑀𝑃𝑎, por lo que para este caso se
ha tomado como dato que una persona común puede alzar con su brazo una 𝑚 = 8 𝑘𝑔 y las
dimensiones del área afectada del velcro son de 50 mm de largo y 10 mm de ancho. En la Figura
54 se observa el planteamiento grafico del problema.
Figura 54. Resistencia al corte del velcro
Fuente: Elaboración propia
2
145
𝑃 𝜏 =
𝐴
( 1)
donde;
𝜏 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
𝑃 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎
𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎
Además, se tiene que:
𝑃 = 𝑚 ∗ 𝑔 ( 2)
donde;
𝑚 = 𝑚𝑎𝑠𝑎
𝑔 = 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑
𝐴 = 𝑏 ∗ ℎ ( 3)
Donde;
𝑏 = 𝑏𝑎𝑠𝑒
ℎ = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎
Desarrollo
𝑅𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑟 𝑙𝑎𝑠 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 (2)𝑦 (3) 𝑒𝑛 (1)
𝜏 =
𝜏 =
𝑚 ∗ 𝑔
𝑏 ∗ ℎ
8𝑘𝑔 ∗ 9,81 𝑚
𝑠2
10 𝑚𝑚 ∗ 50 𝑚𝑚
146
𝜏 = 78.48 𝑁
10 𝑚𝑚 ∗ 50 𝑚𝑚
𝜏 = 0,16 𝑀𝑝𝑎
Se concluye que el velcro puede soportar sin problemas la resistencia al corte debido a que se
encuentra en una relación 1: 2 con la resistencia máxima a la tracción.
4.4.1.5.3. Análisis estático del cuerpo principal de la máscara de
protección facial deportiva
Se consideró que la longitud del cuerpo principal de la máscara que es de 168 mm y de acuerdo
con Ces Edupack el módulo de máximo de Young es de 131 GPa y la fuerza tomada en este caso
es de 45 N. En la Figura 55 se observa el planteamiento grafico del problema.
Figura 55. Carga estática
Fuente: Elaboración propia
Desarrollo
Σ 𝐹𝑦 = 0
𝐹1 + 𝐹2 = 𝑉1 ( 1)
147
90𝑁 = 𝑉1
−𝑀 + 45𝑁 (0,084𝑚) = −45 (0,084𝑚) ( 2)
𝑀 = 7,56 𝑁𝑚
Σ 𝑀 = 0
𝑀 + 7,56 𝑁𝑚 = 45 𝑁 (0,084 𝑚) ( 3)
𝑀 = −3,78 𝑁𝑚
En la Figura 56 se puede observar el diagrama cortante y el diagrama de momento.
Figura 56. Diagrama cortante y Diagrama de momento
Fuente: Elaboración propia
𝑀 ∗ 𝑦 𝜎𝑓𝑙𝑒𝑥 =
𝐼 ( 4)
𝑀 = 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
𝑦 = 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎
𝐼 = 𝐼𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
Calcular la Inercia
Para el cálculo de la inercia se simplifico el cuerpo principal de la máscara tomando en cuenta
solo la mitad debido a que son simétricas, a un modelo con figuras simples que se observa en la
Figura 57.
148
Figura 57. Simplificación de la forma de la máscara
Fuente: Elaboración propia
𝑏ℎ3 𝐼𝑂𝑋 =
12
( 5)
ℎ𝑏3 𝐼𝑂𝑦 =
12
( 6)
Donde;
𝐼𝑂𝑦 = 𝐼𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎
ℎ = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎
𝑏 = 𝑏𝑎𝑠𝑒
149
𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 𝐴 𝑦 𝐵, 𝑠𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝐴 = 𝐵
𝑅𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑟 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑛 𝑙𝑎 𝐹𝑖𝑔𝑢𝑟𝑎 49 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (6)
𝐼𝑂𝑦 = 0,021𝑚 ∗ 0,084𝑚3
12
𝐼𝑂𝑦 = 1,03 ∗ 10−6𝑚4
Aplicar el Teorema de Steiner
𝐼𝑦1 = 𝐼𝑜𝑦 + (𝐴 ∗ 𝑑2) ( 7)
𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒;
𝐼𝑜𝑦 = 𝐼𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎
𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎
𝑑 = 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑
𝐴 = 𝑏 ∗ ℎ ( 8)
𝑅𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑟 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑛 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝐹𝑖𝑔𝑢𝑟𝑎 49 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (8)
𝐴 = 0,021𝑚 ∗ 0,084𝑚
𝐴 = 1,76 ∗ 10−3 𝑚2
𝑑 = 0,036 𝑚
𝐼𝑦1 = 𝐼𝑜𝑦 + (𝐴 ∗ 𝑑2)
𝐼𝑦1 = 3,31 ∗ 10−6𝑚4
𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 𝐶 𝑦 𝐷, 𝑠𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝐶 = 𝐷
𝑅𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑧𝑟 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑛 𝑙𝑎 𝐹𝑖𝑔𝑢𝑟𝑎 49 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (5)
150
𝐼𝑂𝑥 =
0,016𝑚 ∗ 0,052𝑚3
12
𝐼𝑂𝑥 = 1,87 ∗ 10−7 𝑚4
Aplicar el Teorema de Steiner
𝐼𝑥1 = 𝐼𝑜𝑦 + (𝐴 ∗ 𝑑2) ( 9)
𝑅𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑟 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑛 𝑙𝑎 𝐹𝑖𝑔𝑢𝑟𝑎 49 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (8)
𝐴 = 0,016𝑚 ∗ 0,052𝑚
𝐴 = 8,32 ∗ 10−4𝑚2
𝑑 = 0,035 𝑚
𝐼𝑥1 = 𝐼𝑜𝑥 + (𝐴 ∗ 𝑑2)
𝐼𝑥1 = 1,21 ∗ 10−6𝑚4
𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑒𝑟 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 𝑠𝑢𝑏𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑠𝑢𝑚𝑎𝑟 (𝐼𝑥1 ∗ 2) + (𝐼𝑦1 ∗ 2)
𝐼𝑠𝑡 = 1,39 ∗ 10−6𝑚4
𝐹𝑖𝑛𝑎𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑒𝑟 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚á𝑠𝑐𝑎𝑟𝑎 𝑚𝑢𝑙𝑡𝑖𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑟 𝑝𝑜𝑟 2 𝐼𝑠𝑡
𝐼𝑠𝑡 = 2,79 ∗ 10−6𝑚4
𝑅𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑟 𝑡𝑜𝑑𝑜𝑠 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝜎𝑓𝑙𝑒𝑥 = 𝑀∗𝑦
𝐼
𝜎𝑓𝑙𝑒𝑥 = 7,56𝑁𝑚 ∗ 0,084𝑚
2,79 ∗ 10−6𝑚4
𝜎𝑓𝑙𝑒𝑥 = 227𝐾𝑃𝑎
𝐶𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑒𝑙 𝑌𝑚á𝑥 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑠𝑎𝑏𝑒𝑟 𝑙𝑎 𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎
151
𝑃𝐿3 𝑌𝑚á𝑥 =
48 𝐸𝐼
( 10)
𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒;
𝑃 = 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎
𝐿 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑
𝐸 = 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑌𝑜𝑢𝑛𝑔 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙, 𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑒 𝑐𝑎𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛𝑜
𝐼 = 𝐼𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 45𝑁 (
0,168 𝑚)3
𝑌𝑚á𝑥 = 2 48 ∗ 131 ∗ 109𝑃𝑎 ∗ 2,79 ∗ 10−6𝑚4
𝑌𝑚á𝑥 = 1,8 ∗ 10−8𝑚
4.4.1.6. Simulación en SolidWorks
Mediante el programa se realizó el ensamble respectivo de los componentes de la máscara de
protección facial deportiva y se ejecutó una simulación de impacto de una pelota de fútbol que se
choca con la parte principal de la máscara de protección facial deportiva. Para lo cual se definió el
material de la parte principal de la máscara de protección facial deportiva seleccionado
preliminarmente en la Tabla 26, consecuentemente para la pelota de fútbol se consideró las
propiedades del material mostradas a continuación en la Tabla 33.
Tabla 33. Propiedades del Caucho sintético
Propiedades y Características Valor Unidad
Densidad 1000 𝑘𝑔
𝑚3
Límite elástico 9.23737 MPa
Límite de tracción 13,79 MPa
152
Propiedades y Características Valor Unidad
Módulo elástico 6,1 Mpa
Fuente: Elaboración propia basada en la biblioteca de materiales de SolidWorks
A través de los materiales mencionados en el párrafo anterior, en el programa se realizó la
simulación con un mallado basado en curvatura de tamaño 15 mm, con un trazado de calidad de
malla de elementos cuadráticos de alto orden, tomando como sujeción fija la espuma polimérica
rígida LD de la máscara de protección facial deportiva que se presenta a continuación en la Figura
58.
Figura 58. Sujeción fija del cuerpo principal de la máscara de protección facial deportiva
Fuente: Elaboración propia basada en SolidWorks
La masa de la pelota de fútbol fue de 410 gramos que choco a una velocidad de 90 𝑘𝑚 ℎ
(F,
2015) a la máscara de protección facial deportiva que tiene una masa de 41,53 gramos, que se
puede observar en la Figura 59 el desplazamiento de la pelota de fútbol hasta impactar con el
cuerpo principal de la máscara de protección facial deportiva.
153
Figura 59. Desplazamiento de impacto de la pelota con el cuerpo principal de la máscara de
protección facial deportiva y propiedades
Fuente: Elaboración propia basada en SolidWorks
En la Figura 60 se observa a través de la tensión de Von Mises la deformación del cuerpo
principal de la máscara de protección facial deportiva a una velocidad de la pelota de fútbol de
impacto de 90 𝑘𝑚, se puede observar que no existe deformación alguna debido a que se encuentra ℎ
en la zona de color azul que representa que es una deformación no crítica con un máximo de
1258,75 Pa, lo que asegura que la máscara de protección facial deportiva no se deformara al
momento de que el usuario la use y reciba un impacto de una pelota de 410 gramos.
154
Figura 60. Deformación del cuerpo principal de la máscara de protección facial deportiva. Análisis de
tensión de Von Mises
Fuente: Elaboración propia basada en SolidWorks
En la Figura 61 se observa la deformación unitaria de la espuma polimérica rígida LD que
absorbe el impacto de la pelota de fútbol de 410 gramos a una velocidad de 90 𝑘𝑚, se puede apreciar ℎ
que la deformación se encuentra en la zona crítica debido al color amarillentos con grandes
cantidades de zonas rojas, lo cual representa que si se va a deformar la espuma para absorber el
impacto.
155
Figura 61. Deformación unitaria de la espuma polimérica rígida LD
Fuente: Elaboración propia basada en SolidWorks
4.5. Resultados Fase 5
4.5.1. Fabricación
En esta etapa se realizó los diagramas de flujo de los distintos procesos para la construcción de
la máscara de proteccion facial deportiva. En la Figura 62 se puede obsevar el diagrama de flujo
del proceso de fabriación del cuerpo principal de la máscara.
156
Figura 62. Sub- Proceso de fabricación del cuerpo principal de la máscara
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 63 se puede obsevar el diagrama de flujo del proceso de fabriación de la parte
interna de la máscara.
Figura 63. Sub - Proceso de fabricación de la parte interna de la máscara
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 64 se puede obsevar el diagrama de flujo del proceso de fabriación del cuerpo
principal de la correa.
157
Figura 64. Sub - Proceso de fabricación del cuerpo principal de la correa
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 65 se puede obsevar el diagrama de flujo del proceso de fabriación de la cinta
adhesiva velcro para la parte principal de la correa.
Figura 65. Sub - Proceso de fabricación de la cinta adhesiva velcro para la correa principal
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 66 se puede observar el diagrama de flujo del proceso de unión del cuerpo
principal de la máscara y de la parte interior.
158
Figura 66. Proceso de unión del cuerpo principal de la máscara y de la parte interior
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 67 se puede obsevar el diagrama de flujo del proceso de unión del cuerpo principal
de la correa y de la cinta adhesiva velcro.
Figura 67. Proceso de unión del cuerpo principal de la correa y de la cinta adhesiva velcro
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 68 se puede obsevar el diagrama de flujo del proceso de emsable del cuerpo
principal de la máscara y de la parte principal de la correa.
159
Figura 68. Proceso de ensamble del cuerpo principal de la máscara y de la parte principal de la correa
Fuente: Elaboración propia
Las imágenes del proceso de fabricación se encuentran a continuación en el Anexo E.
4.6. Resultados Fase 6
4.6.1. Pruebas y refinamiento
Se realizó la validación de la máscara de protección facial deportiva mediante una sola persona
debido al alcance y limitaciones de la propuesta expuestas en el capítulo 1, en la Tabla 34 se
muestra la evaluación funcional.
160
Tabla 34. Evaluación funcional de la máscara
Evaluación Funcional de la máscara de protección facial deportiva
Responsable: Autor del proyecto
Item Especificación Funcionalidad Resultados
obtenidos
OK No
OK
Observaciones
1 Equipo
Armado
Máscara de
protección
facial deportiva
- La máscara de protección facial
deportiva ensamblada cumple su
objetivo, peso ≤0,07 kg y la
posición correcta para el ensamble
de las piezas. Ver en la Figura 69.
- Se obtuvo un peso
de la máscara de 50
gramos que es menor
al planteado.
X Es necesario
cortar con presión
cada componente.
2
Máscara
Cuerpo
principal de la
máscara
Proteger de impactos físicos al
usuario de una pelota de 0,41 kg
de masa a una velocidad de
90 𝑘𝑚
. Ver en la Figura 70. ℎ
X
161
Evaluación Funcional de la máscara de protección facial deportiva
Responsable: Autor del proyecto
Item Especificación Funcionalidad Resultados obtenidos OK No
OK
Observaciones
Parte interna Absorber el impacto de la
pelota de fútbol. Ver en la
Figura 71y 72
La espuma polimérica rígida
LD si absorbe el impacto
X
3 Correa Parte
principal de
la correa
Sujetar la máscara con la
cabeza
La máscara se encuentra con
una sujeción fija con la cabeza
del usuario
X
Cinta
adhesiva
velcro
Fijación de la máscara a 12 N.
Ver en la Figura 73.
La máscara se fija
satisfactoriamente
X
Fuente: Elaboración propia
162
Para validar si la máscara es menor igual a 0,07 kg se la llevo a pesar en una balanza digital
obteniendo el resultado que pesa 0,05 kg lo que equivale a 50 gramos y si cumple con la
funcionalidad planteada, en la Figura 69 se muestra el peso de la máscara.
Figura 69. Validación del peso de la máscara
Fuente: Elaboración propia
Para la validación de impacto de la máscara se utilizó una aplicación móvil de un acelerómetro
el mismo que mide las vibraciones al momento de ser impactados con la pelota. En la Figura 70
se puede observar los impactos de la pelota al momento de no usar y usando la máscara, en la parte
A se observa que al momento de usar la máscara y recibir el impacto de una pelota se muestra el
gráfico de vibraciones generadas en la aplicación móvil son mínimas lo que significa que si
absorbe el impacto por otro lado en la parte B se observa que al momento de no usar la máscara y
recibir el impacto de una pelota se indica el gráfico de vibraciones generadas en la aplicación móvil
son máximas lo que significa que no absorbe el impacto. Se concluye que la máscara si protege la
nariz de impactos.
163
Figura 70. Validación de impacto con una pelota
Fuente: Elaboración propia
Para la validación de impacto de los materiales se realizó una práctica de la energía potencial
gravitatoria, con dos clases de esponjas; se tomó una muestra de cinco, la pelota de 0,03kg se la
lanzó a una distancia de 0,4 m desde el suelo.
En la Figura 71 se puede observar cómo absorbe el impacto la espuma polimérica rígida LD.
164
Figura 71. Absorción de impacto de la espuma polimérica rígida LD
Fuente: Elaboración propia
Cálculos de energía potencial gravitatoria
𝐸𝑝𝑔 = 𝑚𝑔ℎ ( 1)
Donde;
𝐸𝑝𝑔 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟𝑖𝑎
𝑚 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑒𝑙𝑜𝑡𝑎
𝑔 = 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 ℎ
= 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎
Desarrollo
𝑚 𝐸𝑝𝑔 = 0,03𝑘𝑔 ∗ (−9,81
𝑠2 ∗)(−0,4𝑚)
𝐸𝑝𝑔 = 0,12 𝐽
Se calculó la energía potencial gravitatoria con la distancia 0,05 m debido a que es la altura de
rebote de la pelota en la espuma polimérica rígida LD.
165
𝑚 𝐸𝑝𝑔1 = 0,03𝑘𝑔 ∗ (−9,81
𝑠2 ∗)(−0,05𝑚)
𝐸𝑝𝑔1 = 0,015 𝐽
Para calcular la energía potencial gravitatoria total de la espuma polimérica rígida LD se debe
hacer 𝐸𝑝𝑔 − 𝐸𝑝𝑔1.
𝐸𝑝𝑔𝑇 = 𝐸𝑝𝑔−𝐸𝑝𝑔1 ( 2)
𝐸𝑝𝑔𝑇 = 0,105 𝐽
En la Figura 72 se puede observar como absorbe el impacto una esponja flexible.
Figura 72. Absorción de impacto de una esponja flexible
Fuente: Elaboración propia
Calcular de energía potencial gravitatoria
𝐸𝑝𝑔 = 𝑚𝑔ℎ ( 1)
Donde;
𝐸𝑝𝑔 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟𝑖𝑎
𝑚 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑒𝑙𝑜𝑡𝑎
166
𝑔 = 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 ℎ
= 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎
Desarrollo
𝑚 𝐸𝑝𝑔 = 0,03𝑘𝑔 ∗ (−9,81
𝑠2 ∗)(−0,4𝑚)
𝐸𝑝𝑔 = 0,12 𝐽
Calcular la energía potencial gravitatoria con la distancia 0,1 m debido a que es la altura de rebote
de la pelota en la esponja flexible.
𝑚 𝐸𝑝𝑔1 = 0,03𝑘𝑔 ∗ (−9,81
𝑠2 ∗)(−0,05𝑚)
𝐸𝑝𝑔1 = 0,029𝐽
Para calcular la energía potencial gravitatoria total de la espuma polimérica rígida LD se debe
hacer 𝐸𝑝𝑔 − 𝐸𝑝𝑔1.
𝐸𝑝𝑔𝑇 = 𝐸𝑝𝑔−𝐸𝑝𝑔1 ( 2)
𝐸𝑝𝑔𝑇 = 0,09 𝐽
Mediante los cálculos realizados se puede apreciar que la espuma polimérica rígida es la que
observe más energía potencial gravitatoria, por lo que se concluye que es la ideal para usar en la
máscara.
Para obtener los 12 N con los que se desprende la cinta adhesiva velcro se realizó una práctica
utilizando un dinamómetro de resorte con las especificaciones que se presentan en la Tabla 35 y
el tamaño de la muestra fue de 5, por lo que el promedio fue de 12 N de esta manera se consiguió
determinar la fijación de la máscara que se presenta en la Figura 73.
167
Tabla 35. Especificaciones del dinamómetro Kern 283-402
Dinamómetro Kern 283 - 402
Especificación Valor Unidad
Campo de pesaje máximo 14 N
Lectura 0,1 N
Precisión ± 0,3 N
Fuente: Elaboración propia
Figura 73. Determinación de la fuerza para desprender el velcro
Fuente: Elaboración propia
Para complementar la evaluación funcional se realizó la validación de las especiaciones de la
matriz QFD de la Tabla 19.
Para la validación del diseño digital se presenta en la Figura 74 el modelado 3D de la máscara
sobre el rostro del usuario por lo que se observa que el diseño es anatómicamente preciso a pesar
de que existe una desviación del tabique nasal. Por lo que se concluye que el diseño digital es
anatómicamente preciso al rostro.
168
Figura 74. Validación del diseño digital de la máscara de protección facial deportiva
Fuente: Elaboración propia
Para la validación si no deja irritada la piel por el sudor se realizó una prueba de absorción de
agua del material interior de la máscara, se colocó 100 mililitros de agua en un vaso y se introdujo
dentro el mismo la espuma polimérica rígida LD de 50 mm de largo y 40 mm de ancho, durante
un minuto para ver la cantidad de agua que absorbe. Al momento de retirar la espuma del vaso de
agua se puede observar en la Figura 75 que absorbió alrededor de 12 mililitros de agua. Por lo que
se concluye que el material si absorbe el agua y de esta manera no irrita la piel.
169
Figura 75. Validación de absorción del agua
Fuente: Elaboración propia
Para la validación de que no afecte la respiración la máscara se presenta en la Figura 76 el
modelado 3D de la máscara sobre el rostro del usuario por lo que se observa que el diseño no
interfiere con la respiración del usuario debido a que las fosas nasales se encuentran descubiertas.
Por lo que se concluye que el diseño no interfiere en la respiración del usuario y no causa fatiga al
momento de usar la máscara.
Figura 76. Validación que no afecte la respiración la máscara al momento de usarla
Fuente: Elaboración propia
170
Para la validación si es fácil de colocarse la máscara de protección facial deportiva, se realizó
una práctica de cuánto tiempo tarda el usuario en ponerse, la misma se la hizo con una interacción
de 5 veces con lo que se obtuvo el tiempo promedio que es de 14 segundos. En la Figura 77 se
observa como el usuario se coloca la máscara. Por lo que se concluye que la máscara es fácil de
colocarse.
Figura 77. Validación del tiempo en colocarse la máscara
Fuente: Elaboración propia
Para la validación si la máscara de protección facial deportiva brinda una visión periférica sin
afectar la visualidad del usuario, se realizó la validación con un usuario mediante el test visual de
Jhon Greenwood, el mismo que consiste en fijar la vista en el punto rojo y tratar de diferenciar la
hora de los pequeños relojes representados ambos lados, además la persona camino puesto la
máscara para verificar si le afecta o no la visibilidad. En la Figura 78 se observa el test realizado
y el desempeño del usuario al usar el producto. La validación se complementa con el peso total de
la máscara que se presentó anteriormente. De los 24 relojes que consta este Test el usuario logo
ver correctamente 20 relojes, por lo que se concluye que la máscara no afecta la visibilidad del
deportista.
171
Figura 78. Validación de la visión periférica
Fuente: Elaboración propia
Se realizó la validación dimensional de la máscara de protección facial deportiva con los
parámetros que se presentan en la Tabla 36, las medidas generales fueron tomados de los planos
conjunto y detalle del proyecto. La tolerancia aplicada es la de la norma ISO 2768 – M, la misma
que se encuentra en el Anexo F.
Tabla 36. Evaluación dimensional de la máscara
Item Especificación de dimensión Límites de especiación
(mm)
Resultados de
la medición
(mm)
OK No
Ok
Largo Ancho Largo Ancho
1 Equipo Armado 272 ± 0,5 160 ± 0,5 270 162 X
2 Máscara 168,2 ± 0,5 93 ± 0,3 168,2 93
X
3 Parte interna de la máscara 165,4 ± 0,5 91,8± 0,3 165 92 X
4 Correa 630 ± 0,8 140 ± 0,5 628 140
X
5 Velcro parte superior 35 ± 0,3 10 ± 0,2 35 10 X
6 Velcro parte inferior 50 ±0,3 10 ± 0,2 50 10 X
Fuente: Elaboración propia
172
CAPÍTULO V
DISCUSIÓN
5.1. Discusión
En el presento trabajo, se ha determinado la factibilidad del diseño y fabricación de una máscara
de protección facial deportiva para traumas nasales con materiales compuestos a partir de imágenes
médicas DICOM del cráneo, con los resultados de diseño e ingeniería obtenidos en el capítulo
anterior.
Empezando con el estudio correcto de los requerimientos del usuario mediante una entrevista a
7 personas, cada una de ellas con un promedio de 50 minutos, mediante la matriz de requisitos
QFD se obtuvo que los deportistas que han sufrido una lesión nasal le prestan mayor importancia
a que el diseño sea exclusivo para ellos adaptándose a su fisonomía del rostro, la misma que no
debe afectar con la visibilidad, deber ser de un peso bastante ligero y que absorba el impacto de
una pelota o de un golpe físico para que no afecte a su nariz.
Se realizó los cálculos ingenieriles que se presentaron anteriormente, como es el caso de la
elongación de las correas de neopreno bajo una carga axial donde se sometió a una carga de 40 N,
aplicando la ley de Hooke se obtuvo que la elongación es de 169 mm, lo que permite que las
correas cumplan satisfactoriamente su funcionalidad de sujetar la cabeza con la máscara y que el
usuario puede desempeñarse con normalidad en la práctica deportiva. En el caso del esfuerzo
cortante de la cinta adhesiva velcro se obtuvo como resultado que el esfuerzo cortante es de 0,16
MPa al comparar con las especiaciones técnicas que da el fabricante como es la resistencia a la
tracción de 0,296 MPa, se concluye que la vida útil de la cinta adhesiva va hacer muy alta para el
uso específico que se le da como es fijar la máscara con la correa, debido a que tenemos una
173
relación de 1: 2 a favor de la especiación del fabricante. Finalmente, se tiene el cálculo del análisis
estático del cuerpo principal de la máscara por lo que se ha tomado para su resolución una viga de
168 mm de largo y los extremos que sufre una carga de 45 N, y el módulo máximo de Young de
la fibra de carbono epoxi / tejido no ondulado con resina es de 131 GPa, se ha obtenido como
resultado que el esfuerzo máximo de flexión es 0,0227 Mpa, se puede apreciar que es una
deformación mínima que afecta significativamente al pandeo de la máscara al momento de ejercer
una fuerza al momento de ajustarse las correas.
Mediante el software SolidWorks se realizó una simulación de impacto de la pelota de 410
gramos a una velocidad de 90 𝑘𝑚con la máscara elaborada en fibra de carbono, a través de la
ℎ
tensión de Von Mises se determinó que existe una deformación mínima que no afecta al usuario
al momento de usar la máscara debido que puede soportar una carga máxima de 1258, 75 Pa y la
simulación señala que la deformación no supera como máximo los 200 MPa. Por otra parte, se
tiene la simulación de la deformación unitaria de la espuma polimérica rígida LD en la cual se
apreció que la deformación se encuentra en la zona critica por lo que la esponja se deforma con
facilidad al momento de recibir el impacto y de esta manera evita que el golpe llegue a la nariz.
En la validación de la parte interna de la máscara se apreció que los materiales como es el caso
de la espuma polimérica rígida LD y la esponja flexible, con 0,105 J y 0,90 J respectivamente, por
lo que el material que más absorbe el impacto es la espuma polimérica rígida LD.
El diseño realizado de la máscara de protección facial deportiva tiene gran similitud con la
forma de la máscara de protección facial transparente de Mueller 81457 que se presentó en la Tabla
2, pero los factores diferentes del diseño propuesto son el tipo de material en la parte principal de
máscara y el diseño de las correas, además la máscara se encuentra recubierta por completo en el
174
interior de espuma polimérica rígida LD lo que garantiza la absorción del impacto con mayor
eficacia.
Uno de los principales aportes que tiene el proyecto es la innovación en el campo del diseño
industrial por lo que ya no es necesario tomar las medidas antropométricas del rostro del usuario
en físico, porque mediante las imágenes médicas DICOM del cráneo se generó el modelo
tridimensional del rostro, sobre el mismo que se trabajó el diseño de la máscara obteniendo como
resultado un diseño de la máscara de protección facial deportiva anatómicamente precisa al rostro,
de esta manera se logró obtener un aporte practico y teórico en el campo I + D + i (Ingeniería +
Diseño + innovación).
La principal limitación del proyecto fue la validación de impacto debido a que no se cuenta con
aparatos tecnológicos que realicen este trabajo con una confiabilidad exacta, por lo que se realizó
la validación mediante una aplicación móvil de un acelerómetro que muestra un gráfico de las
vibraciones que se obtiene al recibir el impacto, las apreciaciones de los resultados pueden variar
dependiendo de la aplicación móvil del acelerómetro que se use.
Los resultados obtenidos son confiables debido a que son cálculos de ingeniería con datos
exactos y reales, y mediante la simulación que se realizó en SolidWorks se puede verificar que la
máscara de protección facial deportiva sufre una deformación unitaria mínima.
El proceso de simulación de impacto en SolidWorks se lo puede realizar con diseños de equipos
de protección personal para el campo de deportes extremos, para garantizar el cuidado de las partes
principales del cuerpo humano.
175
CAPÍTULO VI
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1. Conclusiones
Se realizó un estudio correcto de los requerimientos del usuario mediante una matriz QFD,
con el fin de que la máscara de protección facial satisfaga las necesidades del consumidor y la
misma que tenga un alto impacto en los deportistas.
Mediante el software Invensalius se realizó el tratamiento de las imágenes médicas DICOM
del cráneo con el cual se generó un modelo tridimensional de la cara del usuario en tamaño real,
en el mismo que se le borró los tejidos y los huesos que no se requerían para el proyecto.
Se seleccionó los materiales idóneos para la máscara de protección facial deportiva de acuerdo
a los requerimientos y restricciones obtenidas, tomando en cuenta las propiedades mecánicas y el
índice del material.
Mediante una simulación de impacto en el software SolidWorks que el diseño de la máscara de
protección facial deportiva soporta un impacto de una pelota de futbol con masa de 410 gramos a
una velocidad de 90𝑘𝑚 , brindándoles confianza y seguridad a los usuarios al momento de usar la ℎ
máscara sin que afecte su rendimiento deportivo.
Se diseñó y fabricó una máscara de protección facial deportiva para personas que hayan sufrido
algún tipo de trauma nasal para aficionados a deportes de contacto como es el fútbol, rugby y el
baloncesto, la misma que protege su nariz de golpes físicos.
176
En la validación se aprecia que la máscara de protección facial deportiva, si cumple con los
requerimientos esenciales del cliente como es el peso, y que absorba impactos físicos, además
brinda confianza para que la puedan usar con normalidad en sus prácticas deportivas.
Mediante el modelo de Kano se realizó el respectivo análisis de que el manual de usuario no es
de gran importancia para los usuarios, debido a que es un producto sumamente fácil de usar.
6.2. Recomendaciones
En el país se debe empezar a realizar proyectos con herramientas de modelado digital y
prototipado rápido, para resolver este tipo de necesidades y brindarle un diseño exclusivo y
personalizado al usuario para que se te sienta bien con el producto.
Para el diseño de la esponja de la máscara se recomienda trabajar en unos surcos tipo canales
a los lados laterales para que pueda recopilar el sudor del deportista.
Para el proceso de diseño digital de la máscara es importante tomar en cuenta es recomendable
usar directamente softwares que trabajen con superficies y al mismo tiempo se pueda trabajar con
capas para fijar el objeto sobre el cual se va a diseñar.
En el parte de simulación en el sotfware SolidWorks para simular el impacto de la pelota con
la máscara es recomendable usar el análisis no lineal dinamico.
Para el proceso de fabricación se recomienda usar el equipo de proteccion personal idoneo para
no sufrir accidentes, ni enfermedades respiratorias debido a que la rexina epoxi y el catalizador
son materiales.
177
Para el proceso de fabricación de la máscara se recomienda usar dos capas de fibra de carbono
y en la parte del secado al vació es mejor realizarlo con una bomba de vació para que se adiera de
mejor manera la fibra y se optimise el tiempo de secado y curado.
Es recomendable usar siete capas de sera en el molde, capa capa se debe dejar secar alrededor
de 10 a 15 min. Finalmente, pasar un líquido desmoldante, de esta manera se garantiza que el
molde va a salir con facilidad.
Para mayor facilidad de trabajo es recomendable hacer los ahujeros peimero en la esponja antes
de pegar con la máscara.
Es recomendable dejar la máscara entre 12 a 14 horas, y para realizar el corte de lo ojos y de
los bordes es necesario usar un dremel debido a su maniobrabilidad y posteriormente realizar un
proceso de lijado en todas las aristas para eliminar todas las rebabas que deja el dremel.
Para las correas es recomendable reducir de el tamaño para que se vea esteticamente mejor, y
buscar otras opciones de materiales.
Para la validacion es recomendable realizar con la cabeza de un maniqui o con la interacción
del usuario dentro de un campo de juego.
En la selección de materiales es recomendable trabjar con CesEducpack para optimizar tiempo
y aprovechar toda la biblioteca que nos ofrece, de igual manera se puede usar para seleccionar el
proceso de fabricacion de cada componente.
178
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184
ANEXOS
185
Anexo A. Entrevista
Figura 79. Modelo de entrevista
Fuente: Elaboración propia
186
Anexo B. Resultados de la interacción con los usuarios “QUES” de la matriz QFD
Pregunta Enunciado del cliente Necesidad Interpretada
¿Qué se le viene a la mente cuando usted
imagina una máscara de protección facial
deportiva?
Básicamente algo que le proteja contra
golpes
Que sea de un material que absorba el
impacto del golpe físico
Una máscara plástica que cubra la nariz y
boca
Que sea de un material plástico
Que brinde seguridad al momento de
jugar
Que cuente con debidas protecciones de
seguridad
Una máscara que cubra una parte de mi
cara especialmente mi nariz
Que el diseño de la máscara este enfocado
en proteger la nariz
Una protección para evitar fracturas en
jugadas de peligro o golpes durante la
actividad
Que cuente con debidas protecciones de
seguridad
Que sea específica para el deporte que
está practicando
Que el diseño sea personalizado
187
Pregunta Enunciado del cliente Necesidad Interpretada
Que no genere asfixia al momento de usar Que el diseño de la máscara permita
respirar bien
¿Qué características harían que usted
compre una máscara de protección facial
deportiva?
Que se ajuste a mi forma facial
Que evite que sude
Que permita visualizar bien todo el campo
de juego
Que sea ajustable las correas
Que sea estética
Que sea anatómicamente precisa al rostro
Que sea de un material que evite el sudor
Que el diseño de la máscara permita una
buena visualización
Que se pueda regular las correas
Que sea agradable para el usuario
Que sea de un buen material
Que sea cómoda
Que se pueda limpiar con facilidad
Que sea de buen material
Que se adapte correctamente al rostro
Que el diseño sea accesible para la
limpieza
Que se pueda usar fácilmente
Que no produzca roces con la piel
Que se pueda reparar
Que sea sencilla de pocos componentes
Que sea de un material suave
Repuestos existentes en el mercado
188
Pregunta Enunciado del cliente Necesidad Interpretada
Que sea a la medida exacta
Que no tenga lugares inaccesibles para
limpiar la mascara
Que sea anatómicamente precisa al rostro
Que sea fácil de limpiar
Que sea ligera
Que sea personalizada
Que sea antitranspirante
Que sea delicada con el rostro
Que sea amigable con el medio ambiente
Que sea de un material liviano
Que se adapte correctamente al rostro
Que sea de un buen material
antitranspirante
Que sea de un material interior suave
Que sea de un material ecológico
Que sea cómoda
Que sea de fácil uso
Que sea pueda interactuar con el usuario
de una forma simple
Que se adapte correctamente al rostro
Que sea sencilla de pocos componentes
Que tenga especificaciones de uso
Que quite la visión del jugador Que el diseño de la máscara permita una
buena visualización
189
Pregunta Enunciado del cliente Necesidad Interpretada
¿Qué inconvenientes encontraría en el uso
de la máscara de protección facial
deportiva?
Que genere más calor
Que sea pesada
Que pueda llamar mucho la atención al
resto de competidores
Que sea de materiales que no generen
calor
Que sea de un material liviano
Que el diseño sea llamativo
Que genere sudor
Que tenga lugares inaccesibles para
limpiar la máscara
Que sea de un material que evite el sudor
Que sea fácil de limpiar
Que quite la visibilidad
Que sea demasiado grande
Que sea difícil de transportar
Que el diseño de la máscara permita una
buena visualización
Que se adapte correctamente al rostro
Que su tamaño sea manejable
Que sean incomodas
Que no sean resistentes
Que se adapte correctamente al rostro
Que sea de un buen material
Que no se acople bien a mi cara Que se adapte correctamente al rostro
190
Pregunta Enunciado del cliente Necesidad Interpretada
Que no sea resistente a golpes fuertes Que sea de un material resistente a golpes
Que genera asfixia al momento de usar Que el diseño de la máscara permita
respirar bien
Que cause irritación a la piel Que sea de un material que no afecte a la
piel
¿Cree usted que la máscara de protección
facial deportiva afecte su rendimiento al
momento de practicar algún tipo de
deporte de contacto? ¿Por qué?
Si porque voy a estar preocupado de la
máscara que no me estorbe
Si se ajusta a mi cara no me preocuparía
Que sea anatómicamente precisa al rostro
Que sea anatómicamente precisa al rostro
Pueda que si por la fatigación Que se pueda respirar correctamente
Sí, porque solo lo utilizaría para jugar
futbol, y como es una vez a la semana me
costaría un poco adaptarme
Que sea anatómicamente precisa al rostro
No afectaría si es ligera y acoplada bien al
rostro
Que sea de un material ligero
Sí, porque me quitaría estabilidad Que se adapte correctamente al rostro
191
Pregunta Enunciado del cliente Necesidad Interpretada
Puede afectar sí, no cumple con la función
de adaptabilidad facial y provoque roces e
irritación a la piel
Que se adapte correctamente al rostro
No, si se ajusta correctamente Que se adapte correctamente al rostro
Fuente: Elaboración propia
192
Anexo C. Resultados de la encuesta aplicando el Método de kano
Preguntas Posibles Respuestas Respuestas por Persona Total
1 2 3 4 5 6 7
1.- Si la máscara de protección facial deportiva 1 Me gusta X X X X 4
se puede limpiar con facilidad 2 Es algo básico
X
X 2
¿Cómo se siente? 3 Me da igual
X
1
4 No me gusta, pero lo tolero
0
5 No me gusta y no lo tolero
0
2.- Si la máscara de protección facial deportiva 1 Me gusta
0
no es resistente a golpes físicos 2 Es algo básico
0
¿Cómo se siente? 3 Me da igual
X
1
4 No me gusta, pero lo tolero X
X X X X
5
5 No me gusta y no lo tolero
X 1
3.- Si la máscara de protección facial deportiva 1 Me gusta X
X
X
X 4
es anatómicamente precisa al rostro 2 Es algo básico
X
X
2
¿Cómo se siente? 3 Me da igual
0
4 No me gusta, pero lo tolero
0
193
Preguntas Posibles Respuestas Respuestas por Persona Total
1 2 3 4 5 6 7
5 No me gusta y no lo tolero X 1
4.- Si la máscara de protección facial deportiva 1 Me gusta X
1
no evita el sudor 2 Es algo básico
0
¿Cómo se siente? 3 Me da igual
X
1
4 No me gusta, pero lo tolero
X X X X 4
5 No me gusta y no lo tolero
X
1
5.- Si la máscara de protección facial deportiva 1 Me gusta
X X X
X 4
es liviana 2 Es algo básico X X
2
¿Cómo se siente? 3 Me da igual
0
4 No me gusta, pero lo tolero
0
5 No me gusta y no lo tolero
X
1
6.- Si la máscara de protección facial deportiva 1 Me gusta
0
no tiene repuestos en el mercado ecuatoriano 2 Es algo básico
0
¿Cómo se siente? 3 Me da igual
X
1
194
Preguntas Posibles Respuestas Respuestas por Persona Total
1 2 3 4 5 6 7
4 No me gusta, pero lo tolero X X X X X X 6
5 No me gusta y no lo tolero
0
7.- Si la máscara de protección facial deportiva 1 Me gusta X
X X X 4
es de fácil transportar 2 Es algo básico
X
1
¿Cómo se siente? 3 Me da igual
X X
2
4 No me gusta, pero lo tolero
0
5 No me gusta y no lo tolero
0
8.- Si la máscara de protección facial deportiva 1 Me gusta
0
no tiene especificaciones de uso 2 Es algo básico
0
¿Cómo se siente? 3 Me da igual
X X
2
4 No me gusta, pero lo tolero
X X X X 4
5 No me gusta y no lo tolero X
1
9.- Si la máscara de protección facial deportiva 1 Me gusta X
X X X 4
es resistente a golpes físicos 2 Es algo básico
X X
2
195
Preguntas Posibles Respuestas Respuestas por Persona Total
1 2 3 4 5 6 7
¿Cómo se siente? 3 Me da igual X 1
4 No me gusta, pero lo tolero
0
5 No me gusta y no lo tolero
0
10.- Si la máscara de protección facial deportiva 1 Me gusta
X
1
no es de fácil transportar 2 Es algo básico
0
¿Cómo se siente? 3 Me da igual
X
1
4 No me gusta, pero lo tolero X
X X X
X 5
5 No me gusta y no lo tolero
0
11.- Si la máscara de protección facial deportiva 1 Me gusta X
X
X X X 5
evita el sudor 2 Es algo básico
0
¿Cómo se siente? 3 Me da igual
X
1
4 No me gusta, pero lo tolero
X
1
5 No me gusta y no lo tolero
0
1 Me gusta
0
196
Preguntas Posibles Respuestas Respuestas por Persona Total
1 2 3 4 5 6 7
12.- Si la máscara de protección facial deportiva
no se puede limpiar con facilidad
¿Cómo se siente?
2 Es algo básico 0
3 Me da igual
X
1
4 No me gusta, pero lo tolero X
X X X X X 6
5 No me gusta y no lo tolero
0
13.- Si la máscara de protección facial
deportiva tiene repuestos en el mercado
ecuatoriano ¿Cómo se siente?
1 Me gusta X
X
X X
4
2 Es algo básico
X
X 2
3 Me da igual
X
1
4 No me gusta, pero lo tolero
0
5 No me gusta y no lo tolero
0
14.- Si la máscara de protección facial
deportiva no es anatómicamente precisa al
rostro
¿Cómo se siente?
1 Me gusta
0
2 Es algo básico
0
3 Me da igual
X
1
4 No me gusta, pero lo tolero X
X X X X X 6
5 No me gusta y no lo tolero
0
197
Preguntas Posibles Respuestas Respuestas por Persona Total
1 2 3 4 5 6 7
15.- Si la máscara de protección facial
deportiva tiene especificaciones de uso
¿Cómo se siente?
1 Me gusta X X X 3
2 Es algo básico X
X
2
3 Me da igual
X X
2
4 No me gusta, pero lo tolero
0
5 No me gusta y no lo tolero
0
16.- Si la máscara de protección facial
deportiva no es liviana
¿Cómo se siente?
1 Me gusta
0
2 Es algo básico
0
3 Me da igual
X
1
4 No me gusta, pero lo tolero X
X X X X X 6
5 No me gusta y no lo tolero
0
Fuente: Elaboración propia
Fuente: Elaboración propia
198
Anexo D. Modelo de encuesta
Figura 80. Encuesta sobre el diseño de la máscara
Fuente: Elaboración propia
199
Anexo E. Proceso de fabricación
Figura 81. Fabricación de la máscara
200
Anexo F. Norma ISO 2768
Figura 82. Tolerancias generales ISO 2768
Fuente: Norma ISO 2768
201
Anexo G. Ficha técnica de la fibra de carbono
Figura 83. Ficha técnica de la fibra de carbono
202
Anexo H. Ficha técnica del neopreno
Figura 84. Ficha técnica del neopreno
203
Anexo I. Ficha técnica cinta adhesiva velcro
Figura 85. Ficha técnica cinta adhesiva velcro
204
Anexo J. Planos Conjunto y detalle
± 0,1 B (Media)
± 0,05 A (Fina)
más de 3 más de 6 más de 30 más de 120
hasta 6 hasta 30 hasta 120 hasta 400 0,5 hasta 3
Desviaciones admisibles respecto al valor nominal en mm Clase de
tolerancia
Norma ISO 2768 - M
± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5
Observaciones
2
272,0
1
Tolerancia:
Norma ISO 2768 - M
Fecha:
Peso:
0,60 kg
Nombre:
Materiales:Fibra de carbono (EP-CF70), espuma polimérica rígida LD y cinta adhesiva velcro
160,0
2
1 No.
Correa
Máscara
E - 500
C -300
No. de
Neopreno
Fibra de carbono
No.
No. del
0,10kg
0,5kg
Peso
Dib.
Rev.
Apro.
Pesantes C. Fuentes M.
Fuentes M.
U.C.E.
MÁSCARA DE PROTECCIÓN FACIAL DEPORTIVA
A -100
Escala:
1:1
Formato:
A2 Kg/pieza Material de Pieza
± 0,15 ± 0,2 ± 0,1 ± 0,05
161,0
Denominación Norma/Dibujo
de Orden Modelo/Semiproducto Ingeniería en Diseño Industrial
Observaciones
Norma ISO 2768 - M
Clase de
tolerancia
Desviaciones admisibles respecto al valor nominal en mm
0,5 hasta 3 más de 3
hasta 6 más de 6 hasta 30
más de 30 hasta 120
más de 120 hasta 400
A (Fina) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2
B (Media) ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5
La unión de la fibra de carbono (EP -CF70) y la espuma polimérica rígida LD es mediante
pegamento supergen
168,2
SECCIÓN D - D ESCALA (1 : 1 )
D
88,5
Tolerancia:
Norma ISO
2768- M
Fecha: Dib.
Peso:
0,50 kg
Nombre:
Pesantes C.
Materiales:Fibra de carbono (EP - CF70) y espuma polimérica
rígida LD
Escala:
D 2 Parte interior de la máscara 1 Máscara - Cuerpo principal
No.
C-302
C-301
No. de
Espuma polimérica
Fibra de carbono
No.
No. del
0,10 kg
0,40 kg
Peso
Rev.
Apro.
Fuentes M.
Fuentes M.
U.C.E.
MÁSCARA
C-300
1:1
Formato:
A3 Kg/pieza Material Denominación de
Pieza
88,5
Norma/Dibujo de
Orden Modelo/Semiproducto Ingeniería en Diseño Industrial
Clase de
Norma ISO 2768 - M Desviaciones admisibles respecto al valor nominal en mm
tolerancia 0,5 hasta 3 más de 3 hasta 6
más de 6
hasta 30
más de 30
hasta 120
más de 120
hasta 400
A (Fina)
B (Media)
± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2
± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5
D
84,1 A C
B
PULIDO ESPECTACULAR
Tolerancia:
Norma ISO
2768 - M
Fecha: Dib.
Peso:
0,40kg
Nombre: Pesantes C.
Materiales: Fibra de carbono (EP - CF70)
MÁSCARA - CUERPO
Escala:
EN TODA LA SUPERFICIE FRONTAL N2
Rev.
Apro.
Fuentes M.
Fuentes M.
U.C.E.
PRINCIPAL
C - 301 Ingeniería en Diseño Industrial
1:1
Formato:
A3
86,2
93,0
Norma ISO 2768 - M
Clase de
tolerancia
Desviaciones admisibles respecto al valor nominal en mm
0,5 hasta 3 más de 3 hasta 6
más de 6 hasta 30
más de 30 hasta 120
más de 120 hasta 400
A (Fina) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2
B (Media) ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5
10,3
20,6
30,9
41,3
51,6
61,9
72,3
82,7
4,66
1,5 4,6
10,3
20,6
30,9
41,3
51,6
61,9
72,3
82,7
DETALLE A
Tolerancia: Peso:
Materiales: Fibra de carbono (EP - CF70)
ESCALA 5:1 Norma ISO
2768 - M
Fecha: Dib.
Rev.
Apro.
No aplica
Nombre:
Pesantes C.
Fuentes M.
Fuentes M.
MÁSCARA - CUERPO
PRINCIPAL DETALLE A
Escala:
5:1
U.C.E. C - 301 (1/4)
Ingeniería en Diseño Industrial
Formato:
A2
45,6
45,0
44,3
42,6
41,4
38,7
36,3
34,5
22,1
21,4
18,9
15,9
9,1
9,0
15,0
Norma ISO 2768 - M
Clase de
tolerancia
Desviaciones admisibles respecto al valor nominal en mm
0,5 hasta 3 más de 3 hasta 6
más de 6 hasta 30
más de 30 hasta 120
más de 120 hasta 400
A (Fina) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2
B (Media) ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5
10,3
20,9
31,4
41,9
52,4
62,8
73,3
84,0
3,0
1,5 3,0
10,3 20,9
31,4
41,9
52,4
62,8
73,3
84,0
DETALLE B
ESCALA 5:1
Tolerancia:
Norma ISO 2768 - M
Fecha: Dib.
Rev.
Apro.
Peso:
No aplica
Nombre:
Pesantes C.
Fuentes M.
Fuentes M.
Materiales: Fibra de carbono (EP - CF70)
MÁSCARA - CUERPO
PRINCIPAL DETALLE B
Escala:
5:1
U.C.E. C - 301 (2/4)
Ingeniería en Diseño Industrial
Formato:
A2
47,4
47,3
46,2
45,4
42,5
31,6
29,3
29,2
25,1
24,5
21,2
16,8
10,8
15,0
F
código de p ( olímero EP - CF70)
3:1 F
6/6
7,2
DETALLE C ESCALA 2:1
14,4
21,6
28,8
36,00
43,2
Tolerancia:
Norma ISO
2768-M
Fecha:
Dib.
Rev.
Apro.
Peso:No aplica
Nombre:
Pesantes Cristian
Fuentes Mauricio
Fuentes Mauricio
Materiales: Fibra de carbono (EP - CF70)
MÁSCARA - CUERPO PRINCIPAL DETALLE C
Escala:
2:1
U.C.E. C - 301 (3/4) Ingeniería en Diseño Industrial
Formato:
A4
74,6
72,7
65,5
26,7
18,6
10,9
Norma ISO 2768 - M
Clase de
tolerancia
Desviaciones admisibles respecto al valor nominal en mm
0,5 hasta 3 más de 3 hasta 6
más de 6 hasta 30
más de 30 hasta 120
más de 120 hasta 400
A (Fina) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2
B (Media) ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5
2/6 E
E
(código de polímero EP - CF70)
Norma ISO 2768 - M
Clase de
tolerancia
Desviaciones admisibles respecto al valor nominal en mm
0,5 hasta 3 más de 3 hasta 6
más de 6 hasta 30
más de 30 hasta 120
más de 120 hasta 400
A (Fina) 0,05 0,05 0,1 0,15 0,2
B (Media) 0,1 0,1 0,2 0,3 0,5
10,2
20,4
30,6
40,80
60,0
Tolerancia: Peso: No aplica Norma ISO
2768-M
Fecha: Nombre:
DETALLE D ESCALA 5:1
Materiales: Fibra de carbono (EP - CF70)
MÁSCARA - CUERPO PRINCIPAL
Escala:
Dib.
Rev.
Apro.
Pesantes Cristian
Fuentes Mauricio
Fuentes Mauricio
U.C.E.
DETALLE D
C - 301 (4/4 ) Ingeniería en Diseño Industrial
5:1 Formato:
A4
22,1
33,9
41,5
42,6
45,8
5,0
Norma ISO 2768 - M
Clase de
tolerancia
Desviaciones admisibles respecto al valor nominal en mm
0,5 hasta 3 más de 3 hasta 6
más de 6 hasta 30
más de 30 hasta 120
más de 120 hasta 400
A (Fina) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2
B (Media) ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5
165,4
DETALLE A ESCALA ( 2 : 1 )
52,0
A
Nota: Esta pieza es basada en
la silueta de la máscara que se
Tolerancia: Norma ISO
2768 - M
Fecha:
Dib.
Rev.
Apro.
Peso: 0,10kg
Nombre:
Pesantes C.
Fuentes M.
Fuentes M.
Materiales: Espuma polimérica rígida LD
PARTE INTERNA DE LA MÁSCARA C - 302
Escala:
1:1 Formato:
encuentra en la lámina C - 300 U.C.E. Ingeniería en Diseño Industrial
48,9
91,8
A3
90,0
Observaciones
La unión del neopreno y del velcro es mediante una costura
SECCIÓN C -C
ESCALA ( 5 : 1 )
DETALLE B
ESCALA ( 5 : 1 )
A
2 B
630,0
C
DETALLE A
ESCALA ( 5 : 1 ) 1
C
Tolerancia: Peso: Materiales: Neopreno CR y cinta adhesiva velcro
3
3 Cinta adhesiva velcro parte inferior
Velcro
0,015
Norma ISO 2768 - M
Fecha: Dib.
Rev.
0,10kg
Nombre:
Pesantes C.
Fuentes M.
CORREA
Escala:
1:2 2 Cinta adhesiva velcro parte superior
1 Parte principal de la correa No.
No. de
Velcro Neopreno
No.
No. del
0,015kg
0,07kg
Peso
Apro.
Fuentes M.
U.C.E. E -500
Formato:
A2 Kg/pieza Material Denominación de
Pieza
2,5
2,0
140,0
Norma/Dibujo de
Orden Modelo/Semiproducto Ingeniería en Diseño Industrial
Norma ISO 2768 - M
Clase de
tolerancia
Desviaciones admisibles respecto al valor nominal en mm
0,5 hasta 3 más de 3 hasta 6
más de 6 hasta 30
más de 30 hasta 120
más de 120 hasta 400
más de 400 hasta 1000
A (Fina) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2 ± 0,3
B (Media) ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5 ± 0,5
29,00
630,0
DETALLE B
ESCALA ( 1 : 1 )
194,3 36,0
A
B C
130,6
1,0
DETALLE C
ESCALA ( 5 : 1 )
DETALLE A ESCALA ( 1 : 1 )
Tolerancia:
Norma ISO
2768 - M
Fecha: Dib.
Rev.
Apro.
Peso:
0,07kg
Nombre:
Pesantes C.
Fuentes M.
Fuentes M.
Materiales: Neopreno CR
PARTE PRINCIPAL DE LA CORREA
Escala:
1:2
U.C.E. E - 501 Ingeniería en Diseño Industrial
Formato:
A2
10,0
15,0
30,0
9,2
5,0
140,0
5,0
Norma ISO 2768 - M
Clase de
tolerancia
Desviaciones admisibles respecto al valor nominal en mm
0,5 hasta 3 más de 3 hasta 6
más de 6 hasta 30
más de 30 hasta 120
más de 120 hasta 400
más de 400 hasta 1000
A (Fina) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2 ± 0,3
B (Media) ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5 ± 0,5
35,0
Norma ISO 2768 - M
Clase de
tolerancia
Desviaciones admisibles respecto al valor nominal en mm
0,5 hasta 3 más de 3
hasta 6 más de 6 hasta 30
más de 30 hasta 120
más de 120 hasta 400
A (Fina) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2
B (Media) ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5
1,0
Tolerancia:
Norma ISO 2768 - M
Fecha:
Dib.
Rev.
Apro.
Peso: 0,013kg
Nombre:
Pesantes Cristian
Fuentes Mauricio
Fuentes Mauricio
Materiales: Cinta adhesiva velcro
CINTA ADHESIVA VELCRO PARTE SUPERIOR
Escala:
5:1
U.C.E. E - 502 Ingeniería en Diseño Industrial
Formato:
A4
10,0
10,0
50,0
A
1,0
DETALLE A
ESCALA ( 10 : 1 )
Tolerancia:
Norma ISO
2768 - M
Peso: 0,017kg Materiales: Cinta adhesiva velcro
Fecha: Nombre: CINTA ADHESIVA VELCRO PARTE
INFERIOR
Escala:
2:1 Dib. Pesantes Cristian
Rev. Fuentes Mauricio
Apro. Fuentes Mauricio
U.C.E. E - 503 Formato:
A4 Ingeniería en Diseño Industrial
Norma ISO 2768 - M
Clase de
tolerancia
Desviaciones admisibles respecto al valor nominal en mm
0,5 hasta 3 más de 3
hasta 6 más de 6 hasta 30
más de 30 hasta 120
más de 120 hasta 400
A (Fina) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2
B (Media) ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5
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