1) El documento presenta el proyecto de desarrollo de un sistema automatizado e inteligente de marquesinas móviles llamado TechoMatic. 2) El sistema busca mejorar las soluciones existentes mediante una mayor funcionalidad y menores costos. 3) Se presentan los requerimientos del cliente, el análisis de la competencia, las especificaciones técnicas y el diseño conceptual del sistema.

1. Álvaro Alejo Cubillos, Camilo Castro López, Diego Mauricio Ruiz Díaz
Bogotá D.C., junio de 2010
Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica
Línea de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico
XXVI MUESTRA
DE MÁQUINAS Y PROTOTIPOS
SISTEMA AUTOMATIZADO E INTELIGENTE DE
MARQUESINAS MOVILES
TECHOMATIC

2. ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN
En la actualidad se pueden encontrar disponibles en el mercado
sistemas de marquesinas manuales y automáticas cuya
funcionalidad puede ser interpretada como insuficiente para su
alta inversión pues son en realidad sistemas simples cuya
instalación implica un alto costo y brindan soluciones parciales a
la necesidad identificada. Es por esto que se busca a través del
desarrollo de este prototipo el cambiar ese nivel de precepción
negativo aumentando su funcionalidad buscando minimizar en la
medida de lo posible los precios y así generar un producto mas
atractivo para el cliente final.
•Valor del desarrollo del proyecto: 1’077,600.00 COP
•Tiempo de desarrollo: 4 meses
COP=Colombian Pesos

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE DISEÑO
Se plantea como problema de diseño la inexistencia de un sistema
automatizado de marquesinas móviles especialmente en lugares
generalmente expuestos a la intemperie.
Las marquesinas o techos corredizos por lo general deben ser accionados
de forma manual, siendo entonces limitada su instalación a techos de baja
altura, e inaccesibles en algunos casos para personas de la tercera edad y
personas minusválidas. Como problema adicional, al estar sometido a la
intemperie su mantenimiento es difícil, lo que deteriora el producto
rápidamente conllevando a fallas tempranas como filtraciones o ruido
excesivo.

4. REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE
LINEAMIENTO ENUNCIADO DEL CLIENTE NECESIDAD INTERPRETADA
Usos típicos
Permitir la entrada de la luz cuando la marquesina esté
cerrada.
El material de fabricación de la marquesina debe ser traslúcido.
Protección de la lluvia El sistema debe ofrecer un cierre hermético de modo que se impida la filtración de agua.
Fortalezas del
producto actual
Protección contra los rayos UV El material con en el cual esté fabricada la marquesina tendrá filtro UV.
Diferentes diseños para diferentes ambientes. El diseño estético del sistema permite su acondicionamiento a diferentes ambientes.
Es confiable
El sistema es capaz de realizar su tarea sin ningún problema en condiciones normales de
trabajo.
Debilidades del
producto actual
Su mantenimiento es complicado
El sistema deberá corregir ciertas características de diseño que tiene el producto actual,
por lo tanto estará diseñado de tal manera que su acceso para limpieza y mantenimiento
sea sencillo y no requiera herramientas especiales.
Es difícil de instalar
La instalación del sistema no requerirá maniobras difíciles ni alteraciones indeseables en la
arquitectura del lugar.
Es muy costoso
Los procesos de diseño, manufactura y comercialización deben optimizarse con respecto
al producto actual, de manera que sea accesible a la capacidad de inversión del cliente.
Desearía
Necesito que el sistema pueda desmontarse en alguna
eventualidad
El sistema debe ser portable, diseñado con un ensamble que pueda ser modificado con
herramientas disponibles fácilmente en el mercado. Además deberá tener un diseño simple
posiblemente modular, lo cual permita desmontar el sistema con mayor facilidad.
Que tenga posibilidad de accionarse manualmente, en caso
de falla eléctrica.
El sistema mediante el cual se posiciona la marquesina tendrá la posibilidad de
accionamiento mecánico sin necesidad de suministro de energía eléctrica.
Que utilice algún tipo de batería con recarga solar El sistema funciona con suministro de energía solar.
Facilidad de mantenimiento El sistema será accesible para su limpieza y mantenimientos preventivos y correctivos.
No desearía
No me gustaría que su uso fuera complicado.
El sistema no tendrá más controles de los absolutamente necesarios para un desempeño
eficiente.
No me gustaría que fuera peligroso. El uso del sistema evitará poner en riesgo la integridad del usuario.
No me gustaría tener que repararlo muy seguido.
El sistema funcionará una gran cantidad de horas de trabajo sin necesidad de
mantenimiento.
No me gustaría que fuera ruidoso El sistema será diseñado de manera que no genere contaminación auditiva en exceso.

5. ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA
(BENCHMARKING)
Por medio del análisis de la competencia se establecieron los valores
para las características de desempeño ideales y marginalmente
aceptables.
Entre las empresas consultadas se tienen:
Cubiertas Koyo
Ajover S.A.
Eternit.
TEXSA
Abacrialum

6. N NECESIDAD IMPORTANCIA
1
El sistema
de control
Suministra la potencia suficiente
para posicionar la marquesina.
5
2
El sistema
de control
La posición de la marquesina es
una variable totalmente controlada
por el usuario.
4
3 El sistema.
Puede ser utilizado en diferentes
lugares
3
4 El sistema Tiene una vida útil considerable. 5
5 El sistema Es seguro 5
6 El sistema Puede trabajar a la intemperie. 4
7 El sistema Es hermético. 5
8 El sistema
Funcionará normalmente bajo la
lluvia.
4
9 El sistema Es fácil de transportar 3
10 El sistema Cubre el área necesaria. 4
11 El sistema Es ligero en peso. 4
12 El sistema
Resiste condiciones de corrosión
durante el almacenamiento como
humedad y exposición al polvo.
4
N NECESIDAD IMPORTANCIA
13 El sistema Necesita poco mantenimiento. 3
14
El sistema
de control
Se puede mantener con
herramientas fácilmente
disponibles.
4
15 El sistema
Es de fácil acceso para su
mantenimiento.
3
16
La
marquesina
Mantiene su posición ante la
ausencia de algún tipo de señal de
activación.
3
17 El sistema Es fácil de configurar y utilizar. 4
18 El sistema Es fácil de instalar. 3
19 El sistema Tiene una estética agradable 4
20 El sistema Es resistente a golpes 4
21 El sistema Es accesible en cuanto a precio 3
22 El sistema
Permite realizar la tarea de
posicionamiento de la marquesina
de manera más rápida y eficiente
que manualmente
4
23 El sistema Es ergonómico 3
24 El sistema
Mantiene la marquesina en buen
estado
4
ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA (QFD)

7. ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA (QFD)
N MEDIDA IMPORTANCIA UNIDADES
1 Área a ser cubierta por la marquesina. 4 m2
2 Área a ser descubierta por la marquesina. 3 m2
3 Peso del sistema de control 4 N
4
Distancia entre el subsistema de interfaz de usuario y
el subsistema motriz.
4 m
5 Fuerza del sistema motriz. 5 N
6 Resistencia a la tensión de la marquesina. 4 MPa
7 Permeabilidad del sistema. 5 cm3/h
8 Vida útil. 5 Años
9 Seguridad. 5 Subjetiva
10 Infunde orgullo 3 Subjetiva
11 Tiempo para mantenimiento. 2 min
12 Resistencia del marco de la marquesina. 2 MPa
13 Tamaño del sistema de control. 2 m3
14 Ergonomía. 3 Subjetiva
15 Costo de manufactura. 3 COP
16 Peso por unidad de área de la marquesina 4 N
17 Temperatura de operación 3 ºC
18 Reducción de ruido 2 %

8. DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL
Convertir
energía de
entrada en
energía
mecánica
Almacenar
energía
Detectar
instruccción
Activar
mecanismo
motriz
Energía
Señal de
control
Energía mecánica
(movimiento de la
marquesina)
Señal de validación
Energía residual
Aplicar
energia a la
marquesina
Interpretar
y procesar
la señal de
entrada.
Comunicar
instrucciones
al sistema de
control
Apagar el
sistema

9. GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE
SOLUCIÓN GENERADAS
•Búsqueda externa: Se investigó en la red sobre empresas a
nivel internacional que ofrecieran productos similares y se
adoptaron ideas cuyo potencial y viabilidad eran
prometedoras a juicio del equipo de desarrollo. Se uso
bastante la técnica de “Asociación” para hallar soluciones
interesantes a los diferentes subsistemas.
•Búsqueda interna: Se utilizó la técnica de “Brainstorming”
debido a que permite aprovechar la creatividad desde
muchos puntos de vista debido a la conformación de un
equipo interdisciplinario. En esta búsqueda cada integrante
del equipo propuso una o varias soluciones a las
subfunciones definidas.

10. Convertir energía de
entrada en energía
mecánica
Almacenar
energía
Aplicar energía a la
marquesina
Detectar activación
Interpretar y
procesar la señal de
entrada
Comunicar
instrucciones al
sistema de control
Activación del
mecanismo de
movimiento
Estructura
Motor con contrapeso
Sistema
neumático
Golpe o Impacto Switch Microcontroladores
Comunicación por
infrarrojo
Activación de
válvula neumática
Estructura 1
Compresor Sistema hidráulico Transmisión por bandas Pulsador
CPLD (Complex
Programmable Logic
Device)
Comunicación por
bluetooth
Activación de
válvula hidráulica
Estructura 2
Bomba Resorte
Transmisión por
cremallera y piñón
Pulsador con
enclavamiento
FPGA (Field-
Programmable Gate
Array)
Fibra óptica
Liberación de
resorte
Estructura 3
Reacción química
controlada
Masa en
movimiento
Transmisión por pistón
neumático
Palanca
Máquina de estados
finitos
Cable de cobre
Explosión de
pólvora
Transmisión de energía
humana (En caso de
emergencia)
Pólvora
Transmisión por pistón
hidráulico
Perilla Computador
Cable UTP
(Unshielded Twisted
Pair)
Reacción química
controlada
Sistemas magnéticos Reacción química Resorte Pedal Electrónica análoga Radiofrecuencia
Activación de
campo magnético
Condensadores
Transmisión por reacción
química
Sensor de sonido
Lógica cableada
eléctrica
Comunicación
satelital
Activación de un
motor eléctrico
Aplicar energía
directamente
Transmisión por fuerzas
electromagnéticas
Sensor de luz
Lógica cableada
neumática
Aplicación de fuerza
humana
Transmisión por cadenas Sensor de lluvia
Lógica cableada
hidráulica
Sensor de movimiento
Sensor de temperatura

11. EVALUACIÓN Y SELECCIÓN DE CONCEPTOS
La evaluación y selección de los conceptos se
realizó mediante la implementación de dos
matrices de selección, la “Matriz Pasa – No Pasa”
y una “Matriz de Puntuación”, donde se evaluó la
viabilidad y el desempeño potencial que
proyectaban las combinaciones de conceptos mas
realistas y prometedoras.

12. CONCEPTO DOMINANTE
SUBFUNCIÓN CONCEPTO
Convertir la energía disponible en
energía mecánica.
Motor
Almacenar la energía necesaria
para el sistema motriz empleado.
Aplicar energía directamente
Aplicar la energía acumulada a la
marquesina.
Transmisión por cadenas
Detección de señal de activación.
Pulsador, sensor de lluvia, sensor
de luz
Interpretar y procesar la señal de
entrada.
Microcontroladores
Comunicar instrucciones al
sistema de control.
Cable de cobre
Activación del mecanismo de
movimiento.
Activación de un motor eléctrico
Estructura Estructura 1

13. ALTERNATIVA DE DISEÑO GLOBAL
DOMINANTE
•Convierte la energía disponible en energía mecánica a través de un motor
eléctrico, esto debido a que es un sistema capaz de proporcionar la
potencia necesaria, su control es más sencillo, ofrece mayor seguridad, es
asequible y accesible económicamente, por otra parte necesita poco
mantenimiento, maneja piezas estándar, es bastante versátil, su consumo
de energía es bajo y es fácilmente reemplazable.
•Aplica la energía a la marquesina mediante transmisión por cadena, pues
es un sistema robusto, eficiente, fácilmente implementable, ajustable a
diferentes longitudes, resistente, es un elemento es estandarizado.
•Detecta la señal de control mediante pulsadores o sensores de acuerdo a
la manera en la que se configure el sistema: manipulación manual o
manipulación automática por la detección de señales a través de sensores.

14. ALTERNATIVA DE DISEÑO GLOBAL
DOMINANTE
•Interpreta y procesa la señal de entrada mediante el uso de microcontroladores,
pues son eficientes, versátiles, económicos, su implementación es sencilla y
bastante poderosa, permite agregar o eliminar diferentes periféricos.
•Comunica las instrucciones al sistema de control mediante señales que se
presentan de acuerdo a la configuración: una puede ser manual lo cual controla el
movimiento cuando el pulsador está activado, o puede ser una opción programada
utilizando sensores de lluvia o luz, es decir que el movimiento se activa con la
presencia o ausencia de alguna de estas variables físicas.
•La activación del mecanismo se limita a encender o apagar el motor eléctrico en
diferentes sentidos, pues es algo sencillo y robusto..
•Es implementado sobre un mecanismo serial, pues su relación entre el área a cubrir
y descubrir es mucho más amplia que con otros mecanismos, por otra parte es
bastante versátil y eficiente. No requiere de elementos especiales ni adicionales,
mas puede ser implementada mediante elementos estandarizados, lo cual repercute
directamente en los costos de la misma. Debido a que es modular es fácilmente
adaptable a diferentes ambientes sin necesidad de modificar sustancialmente el
lugar sobre el cual se va a instalar.

15. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL
PRODUCTO
•El producto es de arquitectura “Ranura Modular” pues la gran mayoría
de sus elementos tiene un solo lugar y forma de ser ubicado al interior
del sistema.
•Debido a que uno de los principales objetivos del desarrollo de este
prototipo era el de generar bajos costos en su manufactura la selección
de componentes estandarizados fue una tarea fundamental. La
selección de los mismos realizo buscando funcionalidad y la
satisfacción de los requerimientos de ingeniería (Peso, resistencia,
costos, etc.)
•El prototipo fue desarrollado en su totalidad con elementos
estandarizados, sobre los cuales se realizaron procesos de
manufactura simples como cortes lineales y taladrados.

16. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL
PRODUCTO
Se realizaron análisis y simulaciones por elementos finitos para evaluar
el desempeño estructural del sistema. De esta manera se confirmó que
el diseño de la estructura es adecuado.
ESTRUCTURA
SUPERIOR
ESTRUCTURA
INFERIOR

18. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
•Funcionamiento: El sistema se basa en control on-off de un motor eléctrico
de corriente directa. El sistema encargado de manejar el actuador provee una
interfaz sencilla e intuitiva para el usuario. Por otra parte el acondicionamiento
de sensores de variables comúnmente relacionadas con el producto lo hace
mas útil y atractivo para el cliente final.
El prototipo puede ser utilizado por cualquier persona debido a la interfaz
“Usuario-Máquina” implementada, gracias a su simplicidad.
•Aspectos de seguridad y control de la máquina: Por seguridad no está
permitido ubicarse sobre la marquesina, o soportar objetos pesados sobre
ella. Tampoco se recomienda el obstaculizar la trayectoria de la misma.
La marquesina no puede moverse sin fuente de energía eléctrica, por lo tanto
es necesario tener precaución.
•Aspectos de ergonomía considerados: Debido a que es un sistema
modular cuyo objetivo es el ser instalado por el usuario final, la altura del
mando de control puede ser ajustada de manera optima según el usuario. Los
mensajes de display se encuentran bien iluminados y escritos de manera
clara y los botones son grandes y fácilmente identificables para el uso
adecuado el producto.

20. APORTE Y VALOR SOCIAL DEL DISEÑO
El sistema automatizado de marquesinas móviles
entra a tomar partido en el campo de la domótica y
las nuevas tendencias arquitectónicas, puesto que
el auge de las casas inteligentes es cada vez
mayor. Es por esto que se espera que este
producto sea más accesible en el mercado
colombiano, debido a que los productos existentes
son demasiado costosos o no presentan un
sistema de control automático.

21. ANÁLISIS ECONÓMICO
•Costos asociados al
proceso de diseño: 600.000,00 COP
•Costos de materiales: 453.400,00 COP
•Costos de fabricación: 12.200,00 COP
•Costos de ensamble: 12.000,00 COP
COP=Colombian Pesos

22. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
•Conclusiones
El seguimiento de una metodología organizada de diseño y desarrollo de un
producto de ingeniería realmente es bastante útil para llegar a una máquina
o prototipo exitoso, puesto que las etapas previas a la fabricación permiten
detectar y corregir posibles fallas que serían demasiado problemáticas en el
producto terminado.
•Recomendaciones a trabajos futuros
En el momento de seleccionar los elementos necesarios para realizar la
etapa de control es mejor asegurarse que los elementos seleccionados son
adecuados para la aplicación a realizar. Un claro ejemplo es la selección de
los microcontroladores, pues una mala elección por capacidad de memoria o
procesamiento puede acarrear serios problemas durante la etapa de
desarrollo, e incluso el desempeño final del producto puede verse afectado.
Es de vital importancia que exista un líder en el equipo de diseño que sea
capaz de identificar las habilidades personales de los integrantes y así
distribuir las responsabilidades de manera inteligente y eficiente.

23. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y HERRAMIENTAS DE
INGENIERÍA EMPLEADAS
-ULLMAN, David. The Mechanical Design Process. Mc Graw Hill.
-ULRICH, Karl. EPPINGER Steven. Diseño y desarrollo de productos tercera ed. Editorial
Mc Graw Hill.
-ENCUESTATICK, 19 de Febrero, Herramienta online para la creación y aplicación de
encuestas, Disponible en: www.portaldeencuestas.com
-AJOVER, 20 de Febrero de 2010, Polycarbonate | Ajover Construction | Ajover S.A.,
Disponible en: http://www.ajover.com/construction/translucent-roofing-sheets/polycarbonate
-ETERNIT, 20 de Febrero de 2010, Eternit – Livianit y Premium – Perfil 7, Disponible en:
http://www.eternit.com.co/index.php?option=com_content&task=view&id=52&Itemid=89
-C.I. GOODTRADE, 21 de Febrero de 2010, CI Goodtrade. Disponible en:
http://www.cigocol.com/v4/index.php?sec=1&idsubc=71&cat=14&prdct=131&nombre_p=&n
ombre_s=Tejas%20Termoacusticas

24. -TEJAS Y CUBIERTAS KOYO, 21 de Febrero de 2010, Tejas Plásticas – Petrai
Translucidas – Transparentes – Koyo, Disponible en:
http://www.tejaskoyo.com/htm/tejas_petrai.htm
-TECHOS MOVILES, 21 de Febrero de 2010, Techos Móviles, Disponible en:
http://www.techos moviles.es/menu.htm
-EASY, 21 de Febrero de 2010, Automatismo de techo, Disponible en:
http://www.easy-tec.es/automat/at.html
-ARZOLA, Nelson, Conferencias, Presentaciones de clase Proyecto de Ingeniería 2010 - I
SOFTWARE
– Solid Edge V.19
– Ansys V. 11
– CodeWarrior for HC08 V3.0
– Proteus 7

25. MUCHAS GRACIAS
Álvaro Alejo Cubillos aalejoc@unal.edu.co
Camilo Castro López wccastrol@unal.edu.co
Diego Mauricio Ruiz Díaz dmruizd@unal.edu.co