1. Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica
Línea de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico
XXIV MUESTRA DE MÁQUINAS Y PROTOTIPOS
GENERADOR DE OLEAJE
Estudiantes:
DIEGO SAIDBAR MAGRI GORDILLO
OMAR JAVIER GUTIERREZ BRICEÑO
OSBALDO FABIÁN VIASÚS SALCEDO
Directores:
Ing. Nelson Arzola
Ing. Edwin Cárdenas
Bogotá D.C., junio de 2009

2. ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN
El ser humano desde siempre ha tratado de estudiar y
entender los distintos fenómenos naturales; hoy en día,
debido a los cambios irregulares del clima que pueden llegar
a generar desastres naturales imprevistos, se ha hecho mas
importante tener a la mano una forma segura y confiable de
analizarlos y así ejecutar con eficiencia acciones preventivas
y de rescate.
Este proyecto puede ser de interés tanto para el sector
investigativo como el comercial. Actualmente no contamos
con alguna entidad o grupo académico interesado, pero una
vez terminado se podría buscar uno.

3. ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN
El fin de este proyecto es poder tener una maquina que
simule las olas con un gran numero de variables
manipulables y tener campo abierto a cualquier tipo de
ampliación necesaria.
Este proyecto desde su inicio se presupuestó en
aproximadamente $1’700.000 de los cuales $400.000 son
materiales y lo demás en su ejecución la cual duró 5 meses
incluyendo estudio de mercado, diseño y fabricación.

4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Construir un prototipo capaz de simular el
comportamiento de las olas, de manera que se
puedan reproducir por lo menos dos tipos de éstas, y
ser utilizado para probar modelos de barcos a escala
a través de la hidrodinámica de las playas, y en
casos en los que se necesite, permitir el desarrollo
de trabajos experimentales sobre la rotura del
oleaje.

5. REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE
• Bajo consumo de energía.
• Silencioso.
• Mantiene la periodicidad.
• Opera con seguridad.
• Manejo sencillo.
• Bajo costo.
• Fácil montaje y desmontaje.
• Mantenimiento simple.

6. REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE
• Rápido llenado.
• Vaciado rápido.
• Fácil drenaje.
• Resistente.
• Fácil de transportar.
• Poco peso.
• Visualización clara del oleaje.

7. REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE
• Fácil limpieza.
• Generación de olas.
• Escalable.
• Diseño moderno.
• Apariencia atractiva.
• Riesgo de desborde mínimo.

8. ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA
(BENCHMARKING)
Canal de investigación y
experimentación marítima de la
Universidad politécnica de Cataluña.
CIEM es una infraestructura especial
para la experimentación e
investigación hidráulica.
En una instalación de 3 mts de ancho
por 100 de largo y 5 de profundidad
se generan olas con frecuencias
entre 0.125 y 1Hz, altura hasta 1.6
mts y tanto regulares como
irregulares.

9. ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA
(BENCHMARKING)
Tanque de oleaje multidireccional
del grupo de puertos y costas de la
Universidad de Granada.
En el laboratorio del área de
Ingeniería Hidráulica de la Escuela
Técnica superior de Ingenieros se ha
proyectado la construcción de un
tanque de 21mts de largo, 9 de
ancho y 1 mt de profundidad para la
generación de oleaje direccional.

10. ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA
(BENCHMARKING)
Laboratorio de Dinámica del
Buque, cuenta con un generador de
olas lateral del tipo multiflap, anchura
30 m con sesenta paletas rígidas de
simple articulación.Los 60 flaps se
accionan hidráulicamente.
En el extremo opuesto, se encuentra
la playa de absorción del oleaje
generado, formada por una capa de
virutas de acero inoxidable de 50 cm
de espesor.

11. ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA (QFD)
1. Variación de la frecuencia de la ola.
2. Variación de la altura de la ola.
3. Rango de altura de la ola.
4. Mantener proporciones.

12. FUNCIONES:
DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL
Energía
Aceptar
(mecánica) Convertir la Energía Energía
Energía
en Ek y Ep (potencial)
Externa
Determinación de la Olas(?)
Información del tipo
Fuerza (?) Fuerza dependiendo el
de ola
tipo de ola
Señal Generar Accionar Mostrar el
Señal (?)
(“activar activación dispositivo comportamiento
generador”)
Elemento Elemento
Almacenar Selección de
(H2O) H2O cant. H2O (olas)

13. GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE
SOLUCIÓN GENERADAS

14. GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE
SOLUCIÓN GENERADAS
Combinación de conceptos:

15. GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE
SOLUCIÓN GENERADAS
Solución 1:

16. GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE
SOLUCIÓN GENERADAS
Solución 2:

17. GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE
SOLUCIÓN GENERADAS
Solución 3:

18. PRESENTACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE
DISEÑO DOMINANTE Y JUSTIFICACIÓN
La alternativa dominante fue la
de múltiples paletas, es decir,
varios subsistemas que
permitan generar diferentes
patrones de perfiles de ola.
Cada subsistema será
controlado por un motor PaP
(Paso a Paso) conectado a
una interfaz de biela – manivela. Además contará con un dispositivo
que permitirá controlar la inclinación de la paleta, haciendo que se varíe
la altura de la ola. Para la absorción de la energía de las olas, se tendrá
una playa a base de gravilla.

19. PRESENTACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE
DISEÑO DOMINANTE Y JUSTIFICACIÓN
Para realizar la evaluación de los
conceptos obtenidos, se hizo necesario
utilizar una matriz pasa - no pasa, en
donde con la ayuda de algunos criterios
de selección apropiados y cada una de
las posibles soluciones a las funciones
establecidas, se obtuvo un diseño
apropiado que cumpliera con los
requerimientos establecidos, el cual se
desarrollará teniendo en cuenta las
sugerencias a cambios que se puedan
dar fases posteriores del proyecto.

20. PRESENTACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE
DISEÑO DOMINANTE Y JUSTIFICACIÓN

21. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL
PRODUCTO
SELECCIÓN DE MATERIALES
Para elegir los materiales apropiados, primero se estableció un
parámetro de costos y posteriormente, por medio de propiedades
mecánicas y cálculos de resistencia de materiales, se determinó la
geometría mas adecuada.
La mayor parte del mecanismo esta elaborado con aluminio, el cual
tiene un peso y propiedades mecánicas adecuadas para el desempeño
del prototipo. A la par con el aluminio, se utilizó Nylon para minimizar
fricción y acrílico para las paletas en contacto con el agua. Los
resultados de todos los cálculos aseguran que estas piezas han de
resistir la carga a la cual estarán sometidas tanto para un movimiento
estático como cíclico (fatiga).

22. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL
PRODUCTO
SELECCIÓN DE MATERIALES
En otras partes del Sistema Generador de Oleaje, se utilizó hierro
(soporte), aglomerado (base del estanque) y MDF (tapa del
mecanismo).
SELECCIÓN DE COMPONENTES ESTANDARIZADOS
Los componentes adquiridos de manera directa fueron rodamientos,
perfiles, gravilla, tornillería, abrazaderas, llave de desagüe, motores, µC
(microcontroladores) y componentes electrónicos en general.
MEJORA DE DETALLES
Los cambios en el diseño se realizaron para mejorar detalles como
peso, dimensiones y esfuerzos del sistema en general, teniendo en
cuenta la interacción de los componentes manufacturados y aquellos
que son estandarizados.

23. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL
PRODUCTO
MECANISMO
En un principio, el concepto contemplado para el diseño del mecanismo
se basó en cálculos establecidos a través de la hidrostática, que era de
la única forma en que se habían analizado sistemas que utilizaban
fluidos. A razón de que el mecanismo interactuaba de forma dinámica
con el agua, se hizo necesario reevaluar el diseño de algunas de las
partes que componen el mecanismo, pero esta vez, utilizando criterios
de hidrodinámica.
De esta forma y con la ayuda de un software que permitiera hacer uso
de simulaciones por elementos finitos, se pudo establecer la geometría
adecuada para que el mecanismo contará con la resistencia necesaria
para su correcto funcionamiento.

24. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
•MECANISMO

25. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
MODO DE FUNCIONAMIENTO
Recibidos los comandos por parte del usuario a través
pulsadores e interruptores se activan los motores paso a paso
(mediante el microcontrolador) de una manera secuencial para
que por medio de una manivela, una biela y una palanca se
produzca un movimiento lineal oscilatorio de unas paletas en
contacto con el agua produciendo así las olas

26. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
SEGURIDAD Y CONTROL DE LA MÁQUINA
Los principales aspectos tenidos en cuenta en el área de seguridad
hacen referencia al frenado del mecanismo en el caso imprevisto de
retirar la cubierta exterior para evitar así el contacto del cliente con
las piezas en movimiento. Por otro lado se controla el funcionamiento
de la maquina sólo con el nivel de agua máximo establecido.
ASPECTOS DE ERGONOMÍA CONSIDERADOS
Dado que la interacción con el prototipo es en su mayoría mediante
los pulsadores, sólo se consideró ergonomía en la sujeción del pin
necesario para el cambio de inclinación de la paleta.

27. APORTE Y VALOR SOCIAL DEL DISEÑO
Respondiendo a la necesidad social
planteada en los antecedentes nuestro
Generador de oleaje es una herramienta
útil por su versatilidad para la creación de
distintos perfiles de olas y la facilidad para
las mediciones creando así un amplio
espacio para futuros estudios.

28. ANÁLISIS ECONÓMICO
COSTOS ASOCIADOS CON EL PROCESO DE DISEÑO
Para este proceso fueron necesarias 9 semanas incluyendo desde la
generación de conceptos hasta la corrección de los últimos planos
de diseño lo que resume costos de tiempo y trabajo presencial.
COSTOS DE MATERIALES
Todas las materias primas y piezas estandarizadas suman un total
aproximado de $500.000
COSTOS DE FABRICACIÓN
Los costos de soldadura, maquinado y torneado suman $60.000

29. ANÁLISIS ECONÓMICO
COSTOS DE ENSAMBLE
A pesar de ser necesario un ensamble preciso y confiable no
se recurrió a alguna persona o inversión adicional para este
proceso, sin embargo se destinaron dos (2) semanas para su
ejecución.
DESPERDICIOS
Debido a que se hizo un proceso de diseño muy completo y
contemplando varias posibilidades de fabricación y obtención
de las materias primas no hubo desperdicios fuera de lo
normal.

30. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
• El seguimiento y ejecución de una metodología es de
gran ayuda para establecer cada uno de los procesos a
seguir para la elaboración del proyecto, su tiempo y las
distintas retroalimentaciones que se deban llevar a cabo,
para un proyecto multidisciplinario.
• Se debe asignar de manera correcta cada tarea a
realizar por parte del equipo de trabajo, esto dependiendo
de las capacidades de cada uno, para no generar
contratiempos que perjudiquen el desarrollo del proyecto.

31. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y
HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA
EMPLEADAS
• ULRICH KARL y EPPINGER STEVEN. “Diseño y desarrollo de
Productos, Enfoque Multidisciplinario”, McGraw Hill Interamericana,
2004.
•ULLMAN DAVID. “The Mechanical Desing Process”, McGraw Hill
International Editions, 1992.
•BEER FERDINAND P., JOHNSTON E. RUSSELL y DEWOLF JHON
T. “Mecánica de Materiales” McGraw Hill Interamericana, 2004.
•NORTON ROBERT L. “Diseño de maquinas” Pearson Prentice Hall.
3ª Ed. 2006

32. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y
HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA
EMPLEADAS
• SOLID EDGE V20, UGS, 2006.
•WORKING MODEL 2D, Design Simulation
Technologies, Inc. 2007-2009
•ANSYS Workbench, V10, Ansys Inc. 2006
• CodeWarrior Development Studio for Microcontrollers,
v6.2, Freescale Semiconductor 2006.

33. MUCHAS GRACIAS
Omar J. Gutiérrez B. - ojgutierrezb@unal.edu.co
Diego S. Magri G. - dsmagrig@unal.edu.co
Osbaldo F. Viasús S. - ofviasussa@unal.edu.co