1. Estudiantes:
Felipe Andrés Bustos Parra
Carlos Fernando Osorio Carrillo
Francisco Javier Sichacá Ávila
Directores:
Ing. Nelson Arzola
Ing. Edwin Cárdenas
Bogotá D.C., junio de 2009
Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica
Línea de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico
XXIV MUESTRA DE MÁQUINAS Y PROTOTIPOS
ROBOT EXPLORADOR DE TUBERÍAS

2. ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN
•Las redes de acueducto y alcantarillado son sistemas
importantes en el proceso de disposición de agua
potable, aguas residuales y aguas lluvias
de las poblaciones. El sistema hidrosanitario que
componen estas redes necesita un mantenimiento
óptimo para garantizar un buen servicio y
cumplir con su función.

3. ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN
•Hidráulica y Urbanismo Ltda. es una empresa creada
en el 2008 dedicada al diseño de redes hidráulicas,
trámites de aprobación ante las instancias
correspondientes, interventorías de redes
hidrosanitarias ya construidas y estudios y planes de
manejo ambiental.

4. ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN
•Valor esperado del proyecto: $400.000
•Presupuesto destinado: $600.000
•Tiempo de desarrollo: 14 semanas

5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Se necesita diseñar y construir un
dispositivo que permita desplazar
un vehículo por el interior de una
tubería de 8” de diámetro de
manera autónoma.

6. REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE
1. El robot cuenta con los mecanismos necesarios para moverse
dentro de la tubería de forma autónoma.
2. El robot permite la adición sencilla de dispositivos.
3. El robot es de bajo costo.
4. El robot es capaz de superar curvas de 90° y de radio ≥ al
diámetro nominal de la tubería.
5. El robot supera inclinaciones de 10° en subida como en bajada.
6. El robot cuenta con sensores que le brindan información sobre
su entorno.
7. El robot es de tamaño reducido para poder moverse por la
tubería.

7. REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE
8. El robot es inalámbrico.
9. El robot cuenta con una batería que le brinda autonomía de
manejo.
10. El robot no se deteriora debido a las condiciones adversas
dentro de la tubería.
11. El robot cuenta con sistema de encendido de fácil manejo.
12. La apariencia del robot infunde confianza en el usuario.
13. El robot es de bajo peso.
14. El prototipo permite un fácil reemplazo de piezas desgastadas.
15. Se puede mantener con herramientas fácilmente disponibles.

8. ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA
(BENCHMARKING)
Rapidview - KRA 85
Para tuberías de 8",
dispositivo de elevación de
cámara, tracción en las
cuatro ruedas, acople
rápido de cordón.

9. ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA
(BENCHMARKING)
Danduct Clean - Inspection Robot
Control remoto por joystick, cámaras
delantera y trasera, cubierta
protectora de aluminio.

10. ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA
(BENCHMARKING)
Inuktun Services - Versatrax 150
Sistema de orugas, para tuberías de
6", cámara a color con enfoque,
inclinación, zoom y control de
altura.

11. ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA (QFD)
Medida
Valor
Unidad
Marginal Ideal
Velocidad de desplazamiento >5 >9 m/min.
Tiempo de ensamble del dispositivo 10 5 min.
Costo prototipo <600000 <400000 $COP
Supera codo de 90º diámetro 8" Pasa Pasa Binario
Supera inclinación de 10% con longitud de 2 m Pasa Pasa Binario
Detección de su entorno Pasa Pasa Binario
Alto - Largo - Ancho < 180 - 190 - 200 < 75 - 75 - 75 mm.
Fuente de alimentación integrada Pasa Pasa Binario
Distancia recorrida con la batería >50 >200 m.
Tiempo de duración de la batería en funcionamiento >30 >60 min.
Tiempo de carga de la batería 2 1 h.
Existencia de corrosión Falla Falla Binario
Botón de encendido de fácil uso >3 5 Subj.
Infunde confianza >3 >4 Subj.
Masa total <4 <1 Kg.

12. FUNCIONES:
DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL
Desplazarse por
una Tubería
Encender
Energizar Circuito
Retardar Avance
Detectar Entorno
Enviar señal al
controlador
Moverse
Girar
Transformar
energía en
movimiento
Transmitir Fuerza
Interpretar Señal
Transmitir Orden
a los Actuadores
Detener
Movimiento
Inmovilizar en
Parada *
Resistencia a la
corrosión
Alimentación
integrada

13. GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE
SOLUCIÓN GENERADAS
•Vehículo impulsado por
motores eléctricos.
Desplazamiento por orugas.
Detección del entorno por
sensores de luz (fotoceldas).
Giro por columna rotatoria.
•Vehículo impulsado por motores
eléctricos. Desplazamiento por llantas.
Detección del entorno por sensores de
presión. Giro por brazos guías.

14. GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE
SOLUCIÓN GENERADAS
•Vehículo impulsado por motores
eléctricos. Desplazamiento por llantas.
Detección del entorno por sensores
infrarrojos. Giro por inversión de giro
de los motores.
•Todas los conceptos generados por la
“tormenta de ideas” aportaron ideas
claves para la obtención del concepto
dominante.

15. EVALUACIÓN DE LOS CONCEPTOS
Importancia Requerimientos del cliente
Concepto
1
Concepto
2
Concepto
3
5
El robot cuenta con los mecanismos necesarios para moverse dentro de la tubería de forma
autónoma.
+ + +
3 El robot permite la adición sencilla de dispositivos. + s +
4 El robot es de bajo costo. + s +
4 El robot es capaz de superar curvas de 90° y de radio ≥ al diámetro nominal de la tubería. + + +
4 El robot supera inclinaciones de 10° en subida como en bajada. + + +
4 El robot cuenta con sensores que le brindan información sobre su entorno acertadamente. + + +
3 El robot es de tamaño reducido para poder moverse por la tubería. + + +
4 El robot es inalámbrico. + + +
3 El robot cuenta con una batería que le brinda autonomía de manejo. + + +
3 El robot no se deteriora debido a las condiciones adversas dentro de la tubería. s s s
2 El robot cuenta con sistema de encendido de fácil manejo. + + +
2 La apariencia del robot infunde confianza en el usuario. s + s
3 El robot es de bajo peso. + s s
3 El prototipo permite un fácil reemplazo de piezas desgastadas. + s +
2 Se puede mantener con herramientas fácilmente disponibles. + s +
SUM + 13 9 12
SUM s 2 6 3
SUM - * * *
TOTAL 10 8 9
PUESTO (RANK) 1 3 2
*No se encuentran conceptos que no cumplan con los requerimientos del cliente debido a la depuración realizada en la
tormenta de ideas (Factibilidad y Tecnología necesaria)

16. PRESENTACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE
DISEÑO DOMINANTE Y JUSTIFICACIÓN
•El diseño escogido cuenta con 4
motores eléctricos que generan el
torque y 4 llantas (2 a cada lado) que
transmiten el movimiento. Los sensores
escogidos son infrarrojos y el control del
dispositivo estará a cargo de un
microcontrolador.
•Estas opciones fueron las que mejor
desempeño mostraron durante la
evaluación de conceptos.

17. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL
PRODUCTO
SELECCIÓN DE MATERIALES
•La base (chasis) del dispositivo está formada por perfiles de aluminio soldados.
El aluminio se emplea para disminuir el peso del prototipo.
•La carcasa que cubre los componentes internos está hecha en fibra de vidrio.
•Los ejes de las ruedas son de acero para garantizar la resistencia a la fatiga
por los esfuerzos concentrados.
SELECCIÓN DE COMPONENTES ESTANDARIZADOS
•Motorreductores DC
•Microcontrolador MC68HC908QY4
•Sensores infrarrojos IS471F
•Llantas en poliuretano de perfil curvo
•Baterías recargables de 1.2 V y 2.1 Amp.
•Elementos de electrónica (resistencias, diodos, LEDS…)

18. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA

19. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
•El robot se introduce manualmente en la tubería y se
enciende. En ese momento se produce un tiempo de
retardo con el fin de minimizar los riesgos de
operación. Una vez en movimiento, el robot sensa la
distancia a la que se encuentra en relación al tubo
y, según eso, determina el sentido de giro de los
motores.

20. APORTE Y VALOR SOCIAL DEL DISEÑO
•El mantenimiento oportuno a las redes hidrosanitarias
permite mejorar la calidad de vida de los usuarios. Además, se
logra evitar problemas sanitarios, ambientales.
•La incursión de este tipo de dispositivos en el país permitirá a
los usuarios de este servicio contar con soluciones más rápidas
y menos costosas para cuando se presenten problemas con sus
redes de tuberías.

21. ANÁLISIS ECONÓMICO
•COSTOS ASOCIADOS CON EL
PROCESO DE DISEÑO
El proceso de diseño conllevó un
aproximado de 10 horas semanales
de trabajo independiente.
•COSTOS DE MATERIALES
La compra de materiales (piezas
estándar y partes personalizadas)
tuvo un costo de $200.000
•COSTOS DE FABRICACIÓN
(MÁQUINADO, FUNDICIÓN,
SOLDADURA, ETC)
Los procesos de maquinado y
soldadura tuvieron un costo de
$180.000
•COSTOS DE ENSAMBLE
•El ensamble del prototipo tuvo un
costo de $30.000

22. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
•El proceso de diseño y desarrollo de productos es una
labor que debe seguir etapas ordenadas e iterativas que
permitan refinar y mejorar los conceptos hasta obtener un
producto funcional acorde con las necesidades del
cliente.
•Se recomienda realizar mayores estudios en cuanto al
consumo de potencia para optimizar la vida de la batería
y mejorar el desempeño del dispositivo.
•Se recomienda mejorar el aislamiento de los
componentes para garantizar con mayor certeza la
impermeabilidad del dispositivo.

23. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
•ULRICH KARL y EPPINGER STEVEN. “Diseño y
Desarrollo de Productos, Enfoque
Multidisciplinario”, McGraw Hill Interamericana, 2004.
•ULLMAN DAVID. “The Mechanical Design Process”,
McGraw Hill International Editions,
1992.

24. HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA
EMPLEADAS
•Solid Works.
•MetroWerks CodeWarrior.
•Labcenter Electronics Proteus 7 Professional.

25. MUCHAS GRACIAS
Felipe Andrés Bustos Parra - fabustospa@unal.edu.co
Carlos Fernando Osorio Carrillo - cfosorioc@unal.edu.co
Francisco Javier Sichacá Ávila - fjsichacaa@unal.edu.co