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Repositorio de la Universidad de Zaragoza --- Zaguan http://zaguan.unizar.es  Trabajo Fin de Grado Estudio y rediseño de cajas de distribución eléctrica a partir de metodologías y técnicas basadas en ecodiseño. MEMORIA 1/3 Autor David Fernández Gonzalo Director Ignacio López Forniés EINA / Escuela de Ingeniería y Arquitectura 2013 1 RESUMEN Reducción del impacto medioambiental de un producto de fabricación masiva, mediante la uƟ lización de estrategias de ecodiseño. Defi nición del Proyecto Mediante unas especifi caciones previas, tales como número de piezas, complejidad de componentes y producción industrial, se ha escogido un producto suscep ble de ser analizado y estudiado para a través de varios procesos reducir su impacto medioambiental, y en la medida de lo posible también otros factores como el coste. ObjeƟ vos del Proyecto Se pueden resumir en los siguientes: - Reducción del impacto medioambiental del producto escogido. - Análisis de una muestra de dis ntas marcas del producto a estudiar para conocer su impacto actual. - Mostrar en qué manera la reducción del impacto medioambiental a través de ciertas estrategias de ecodiseño, repercute posi vamente en el coste total del producto. - Diseñar un producto que no pierda funcionalidad en favor de otros factores. Fases del Proyecto 0.Fase Previa Antes de nada se describe el qué se va a hacer, de qué manera y qué se quiere conseguir. Se hace un estudio de mercado de posibles objetos que puedan ser adecuados para este proyecto y al fi nal se elige como objeto las cajas estancas de distribución eléctrica. 1. Análisis Se seleccionan nueve cajas de nueve productores dis ntos y se describen las caracterís cas generales de cada una. Luego se pasa a analizar su estructura, separando todos los componentes para ver su número y cualidades de cada uno. Posteriormente se analiza cada una de las nueve cajas con el so ware informá co de ecodiseño Eco-it, el cual proporciona el impacto medioambiental de cada una de las cajas, para ver cual de ellas respeta mas el medio ambiente y se toma esta como referencia a seguir. Se modela esa pieza en SolidWorks, para a través de su complemento Sustainability poder comparar pieza por pieza con el futuro diseño mejorado, y ver si se ha cumplido el requisito principal del proyecto. También se hace una pequeña descripción de materiales y procesos u lizados en la fabricación de estas cajas estancas. 2. Estrategias Se defi nen 7 estrategias de ecodiseño, y se analizan para ver cuál o cuales de ellas son mas recomendables de seguir para la mejora de un producto como son las cajas estancas para distribución eléctrica. 3. Conceptos Una vez realizado todas las fases previas, ya se pueden fi jar unas especifi caciones de diseño para el nuevo producto. Se consideran también todas las normas que debe respetar el mismo y se pasa a la fase de creación del futuro nuevo producto. Se crean cuatro propuestas dis ntas y luego mediante unos criterios de selección se elige una sola para desarrollarla por completo. Una vez ya desarrollado el nuevo diseño de este  po de producto (cajas estancas) se hace una descripción detallada de componentes, y funciones. Posteriormente se analiza mediante el complemento de SolidWorks Sutainability y se compara con la caja previamente tomada como referencia para ver en que medida se ha conseguido reducir el impacto medioambiental. Una vez conseguido se describe también como se ha mejorado la distribución del producto ayudando a reducir las emisiones de CO2 en el transporte y ahorrando costes. Ya por úl mo se hace un pequeño análisis de mecánico para ver como con el nuevo diseño se consigue también una mejor resistencia al impacto de fuerzas. Seguidamente se muestran toda una serie de renders de presentación del producto, para exponer su forma y diseño. 4. Referencias Aquí se incluyen todas las referencias u lizadas para la elaboración d este proyecto como han sido libros, páginas web, foros de Internet, etc. Por úl mo hay un agradecimiento a todas las personas que han ayudado en este proyecto. 2 ÍNDICE Resumen (1) 0. Fase Previa 0.0 Defi nición del proyecto (4) 0.0.0 Defi nición (4) 0.0.1 Obje vos (4) 0.1 Estudio de mercado (4) 0.2 Elección del objeto a estudio (4) 1. Análisis 1.0 Caracterís cas generales (6) 1.1 Estructural (7) 1.1.0 Conclusiones (10) 1.2 Medioambiental (10) 1.2.0 Introducción (10) 1.2.1 ECO-it (11) 1.2.2 Ranking (12) 1.2.3 Suatainability SolidWorks (13) 1.3 Materiales y procesos (13) 2. Estrategias 2.0 Introducción (15) 2.1 Descripción de las 7 estrategias (15) 2.2 Análisis de las opciones de mejora (16) 3. Conceptos 3.0 EDPs (18) 3.1 Norma vas (18) 3.2 Conceptualización (19) 3.2.0 Concepto 1 (19) 3.2.1 Concepto 2 (19) 3.2.2 Concepto 3 (19) 3.2.3 Concepto 4 (19) 3.2.4 Elección (20) 3.3 Desarrollo del concepto (21) 3.3.0 Descripción del concepto (21) 3.3.1 Estrategias seguidas (21) 3.3.2 Análisis estructural (22) 3.4 Comparación del impacto (25) 3.4.0 Carcasa superior (25) 3.4.1 Carcasa inferior (26) 3.4.2 Puerta (27) 3.4.3 Tornillos plás cos (28) 3.4.4 Aislante de la puerta (29) 3.4.5 Aislante de la carcasa (30) 3.4.6 Comparación total (31) 3.5 Transporte y distribución (32) 3.5.0 Encajabilidad 3.5.1 Embalaje y packaging (34) 3.5.2 Emisiones en transporte (35) 3.6 Análisis mecánico (39) 3.6.0 Conclusiones (42) 3.7 Renders de presentación (43) 4. Referencias 4.0 Internet web (47) 4.1 Bibliogra a (49) 4.2 Otros (49) 4.3 Agradecimientos (50) 3 0. FASE PREVIA Trabajo Final de Grado 0.0. Defi nición del proyecto 0.1. Estudio de mercado 0.2. Elección del objeto a estudio Grado de Ingeniería en Diseño Industrial y Desarrollo de Producto 4 0. FASE PREVIA Trabajo Final de Grado 0. 0.0 DEFINICIÓN DEL TRABAJO DE FIN DE GRADO 0.0.0 Defi nición del Proyecto Mediante unas especifi caciones previas, tales como número de piezas, complejidad de componentes y producción industrial, se ha escogido un producto suscep ble de ser analizado y estudiado para a través de varios procesos reducir su impacto medioambiental, y en la medida de lo posible también otros factores como el coste. 0.0.1 ObjeƟ vos del Proyecto Se pueden resumir en los siguientes: - Reducción del impacto medioambiental del producto escogido. - Análisis de una muestra de dis ntas marcas del producto a estudiar para conocer su impacto actual. - Mostrar en qué manera la reducción del impacto medioambiental a través de ciertas estrategias de ecodiseño, repercute posi vamente en el coste total del producto. - Diseñar un producto que no pierda funcionalidad en favor de otros factores. 0.1 ESTUDIO DE MERCADO Se han seleccionado toda una lista objetos que puedan ser apropiados para este proyecto. Para optar por uno adecuado se han some do a un proceso de selección a través de los siguientes criterios: Producción Industrializada: se trata de seleccionar objetos que debido al gran volumen de unidades producidas los procesos deban de estar muy op mizados y así un leve cambio en cuanto a material o distribución u otro aspecto, denote una mejora. Mod. A tener en cuenta que se puedan conseguir un número mínimo de modelos del objeto elegido, ya que en futuras fases habrá de pesar, medir y ensayar algunas de sus partes. El número de objetos tendrá que ser de entorno a ocho o diez modelos dis ntos. Se ha de poder reducir el impacto medioambiental del objeto, ya que no todos  enen el mismo potencial en este aspecto. Nº El objeto ha de tener un número de piezas adecuado, de entre seis a diez piezas. Esto es necesario para no elegir objetos extremadamente sencillos. Al fi nal ha salido elegida la caja de distribución eléctrica, como objeto a estudiar y desarrollar. Esto es debido a que reunía la todas las cualidades requeridas, por lo que se presenta como un buen objeto a escoger. Ref. [1] Anexos página 9 0.2 ELECCIÓN DEL OBJETO 5 Grado de Ingeniería en Diseño Industrial y Desarrollo de Producto Trabajo Final de Grado 1.0. Caracterís cas generales 1.1. Estructural 1.2. Medioambiental 1.3. Materiales y procesos 1. ANÁLISIS 6 1. ANÁLISIS Trabajo Final de Grado 1. 1.0 CARACTERÍSTICAS GENERALES En este apartado se van a introducir los nue- ve modelos de cajas de las nueve marcas dis ntas. Se hará un pequeño análisis de cada caja atendiendo a caracterís cas comunes, como son el tamaño, número de módulos, grado de protección, y otras caracterís cas, las cuáles se buscarán tanto en catálogos de las compañías como a través de internet. Puede que haya caracterís cas, que depende del medio puedan variar, como es el caso del precio, ya que en muchas cajas depende del distribuidor. Se enumerarán del 1 al 9, para llevar un orden en posteriores análisis, como el medioambiental o estructural, y se incluirán una serie de fotos para iden-  fi car que caja es cada una de ellas. Ref. [2] Anexos página 17 Spelsberg Ake 12 Índice de protección IEC 60529: IP 55 Clase de protección: Clase II Auto-exƟ nguible: resistencia al hilo incandescente 650°C (IEC 60695-2-1) N º de módulos según EN 50022 (17,5mm): 12 Nº de fi las de la caja: 1 Modo de fi jación: en superfi cie Medidas exteriores LxHxP (mm): 250x200x122 Bloques de terminales instalables: 8xM20- Pg13,5/2xM20-25/M32-40 (x2) Color: caja gris claro, tapa transparente Materiales: PS, PC Embalaje: plás co de burbujas Incluye: tapones y tapas Precio: 33,39€ Schneider KAEDRA 13981 Índice de protección IEC 60529: IP 65 Clase de protección: Clase II Auto-exƟ nguible: resistencia al hilo incandescente 650°C (IEC 60695-2-1) Grado de protección contra impactos mecánicos según IEC 50102: IK 09 N º de módulos según EN 50022 (17,5mm): 12 Nº de fi las de la caja: 1 Medidas exteriores LxHxP (mm): 340x280x160 Bloques de terminales instalables: 6xM16/6xM20- Pg11/2xM25-Pg16/1xM32-Pg21 (x2) Color: caja gris claro, tapa verde transparente Materiales del chasis: polies reno Precio: 65,35€ 1. ANÁLISIS Trabajo Final de Grado 7 1. 1.1 ESTRUCTURAL Este  po de análisis analiza la estructura del objeto. Se divide en sus componentes y posteriormente se analiza cada uno de ellos para ver que función  enen dentro del conjunto. Así se averigua los componentes crí cos y otros superfl uos dentro del objeto. Como ejemplo voy a mostrar el análisis de una de las cajas, primero un árbol de componentes y luego una breve descripción de cada uno de ellos, para ver el resto de análisis: Ref. [3] Anexos página 17 Gewiss GW40103 Carcasa superior Carcasa inferior Carcasa s.f* Puerta Carcasa i.t* Raíl DIN Tornillos M4x8 (x2) Carcasa sola Aislante para la puerta Aislante para la carcasa Tornillos M4x30 (x4) Bisagras de la puerta (x2) Puerta sola Pulsadores Muelles (x2) Tapón del agujero para la cerradura *Carcasa s.f: carcasa superior frontal. *Carcasa i.t: carcasa inferior trasera. Nivel 1 Nivel 2 Nivel 3 Nivel 4 8 1. ANÁLISIS Trabajo Final de Grado 1. 1.1 ESTRUCTURAL Carcasa superior CaracterísƟ cas: esta carcasa es la encargada de alojar la puerta a través de la cuál se llega al interior de la caja estanca. Tiene una ranura con la capacidad de ampliarse recortando una serie de módulos, a través de la cuál será dónde salgan los mandos eléctricos. Es en la cuál se encajan los tornillos que la fi jan con la carcasa inferior. Material: polies reno. Peso: 532g. Aislantes de las juntas CaracterísƟ cas: los aislantes se encuentran en dos partes, uno entre la carcasa superior y la inferior, y el otro entre la carcasa superior y la puerta. Su función es asegurar la estanqueidad necesaria para las cajas según la norma UNE-EN 714-1995 (Uniones con junta de estanqueidad elastómera sin fuerza axial). Material: EPDM. Peso (x2): 60g. Tornillos metálicos M4x30 CaracterísƟ cas: son los encargados de la unión entre las dos carcasas. En general con cuatro tornillos es sufi ciente, uno en cada esquina, con un buen apriete se asegura la estanqueidad de la caja. Material: acero inoxidable. Peso (x4): 9,2g. Bisagras de la perta CaracterísƟ cas: a través de estas dos bisagras la puerta puede abrirse con facilidad. Se pueden encajar tanto en el marco izquierdo como en el derecho, según lo que el operario prefi era. Material: polies reno. Peso (x2): 3,6g. Puerta CaracterísƟ cas: la puerta que encaja en las bisagras, la cuál da acceso al interior de la caja. Aloja también el sistema de cierre, el cual incluye los pulsadores con resorte que cierran la puerta y también un hueco para poder alojar una cerradura si se quisiera. Material: policarbonato. Peso: 193,3g. Pulsadores CaracterísƟ cas: su función es el cerrar la puerta y el poder abrirla, con la ayuda de los dos muelles que les dan la fuerza necesaria para cerrar la puerta. Material: polies reno. Peso (x2): 9,4g. Muelle CaracterísƟ cas: gracias a ellos los pulsadores  enen la fuerza sufi ciente para cerrar la puerta. Material: acero inoxidable. Peso (x2): 0,2g. 2. ESTRATEGIA Trabajo Final de Grado 15 2. 2.0 INTRODUCCIÓN Para poder llevar a cabo una mejora sustancial en cuanto a la reducción del impacto medioambiental de los conceptos que mas adelante se van a diseñar, es necesario marcar una estrategia de ecodiseño lógica y razonable. Por ello se va a pasar a explicar brevemente en qué debe consis r. Una estrategia de ecodiseño son toda una serie de factores en los que se puede intervenir para mejorar sustancialmente el impacto medioambiental de un producto o servicio. Una manera ordenada de englobarlos es a través de la llamada rueda de la estrategia de ecodiseño, la cuál proporciona un marco básico para u lizar sistemá camente y repasar el ciclo de vida de un producto, con ello se puede: - Es mular el proceso crea vo del diseño. - Asis r a visualizar el funcionamiento ambiental actual. - Destacar las oportunidades para la mejora. La forma circular denota la relación con el ciclo de vida, con nuidad, no indica la necesidad de seguir los puntos uno a uno sino los necesarios en cada momento. Cada sector de circulo es un grupo estratégico. 2 OPTIMIZACIÓN 1 DESARROLLO DE NUEVOS CONCEPTOS 3 OPTIMIZACIÓN DEL USO DEL MATERIAL 4 OPTIMIZACIÓN DE LA PRODUCCIÓN 5 OPTIMIZACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN 6 REDUCCIÓN DEL IMPACTO EN EL USO 7 OPTIMIZACIÓN DE LOS SITEMAS DE PRODUCCIÓN RUEDA ESTRATÉGIAS ECODISEÑO 2.1 DESCRIPCIÓN DE LAS 7 ESTRATEGIAS Ref. [7] Anexos página 147 16 2. ESTRATEGIA Trabajo Final de Grado 2. 2.2 ANÁLISIS DE LAS OPCIONES DE MEJORA En este apartado se van a representar de manera gráfi ca el producto a desarrollar, las cajas de distribución eléctricas. De esta manera podremos ver en cuál o cuáles de las siete estrategias podremos incidir de manera signifi ca va con el nuevo diseño. 1 2 3 4 5 6 7 4 3,5 4,5 1,5 4 1 2,5 1. Desarrollo de nuevos conceptos 4 El desarrollo de nuevos conceptos o nuevas alterna vas puedan aportar ideas o soluciones al producto fi nal que de no haber explorado nuevos caminos no se podrían haber iden fi cado. 2. OpƟ mización del producto 3,5 Este punto es muy interesante ya que en la fase previa de análisis se vio como algunas marcas de cajas habían decidido ir por esta estrategia, integrando por ejemplo funciones en piezas conjuntas, como fue el caso de una de las cajas que incorporó en la propia puerta el mismo cierre, sin tener así que fabricar dos piezas dis ntas; fusionando en una sola pieza funciones comunes a varias. De ahí se pueden sacar ideas y conceptos muy interesantes. 3. OpƟ mización del uso del material 4,5 Se ha visto en los análisis realizados que el buen uso de materiales apropiados para cada función pueden reducir el impacto signifi ca vamente. Así pues se puede incluir esta estrategia tanto en el diseño como en la distribución y en el empaquetado, tocando varios campos a la vez. 4. OpƟ mización de los métodos de producción 1,5 Esta estrategia quizás sea una de las que menos par do se pueden sacar en este proyecto, ya que según el producto a realizar y sus caracterís - cas, los procesos produc vos están bastante fi jados. 5. OpƟ mización del transporte y la distribución 4 En este aspecto creo que se pueden hacer cosas interesantes, ya que según he visto, todas las cajas en su distribución se envían de la misma manera, con las dos carcasas montadas, ya que una no puede ir dentro de la otra, lo cual ahorraría mucho espacio en la distribución. Esto es solo un ejemplo, pero esta estrategia  ene múl ples soluciones, y más allá de su simplicidad puede ofrecer grandes ahorros tanto económicos como para el medio ambiente. 6. Reducir el impacto durante el uso y la uƟ lización 1 Debido a sus caracterís cas, las cajas de distribución, son un producto que no presentan grandes complicaciones en su instalación o uso. Únicamente se atornillan en el si o deseado y se introducen los componentes a proteger dentro de ellas, pero una vez ahí no presentan mas moles as posteriores, con lo cual di cilmente esta estrategia podrá ser válida para nuestro producto. 7. OpƟ mizar el sistema de eliminación de producto 2,5 No se trata de un producto de usar y  rar o que presente una vida ú l reducida, y tampoco presenta componentes especialmente peligroso para el medio ambiente. Por lo que una vez se desea eliminar basta con  rar sus partes plás cas, la mayoría, a un contenedor para polímeros y los tornillos metálicos a la basura. No obstante se podría pensar en reu lizar ciertas piezas para otros ámbitos, u otras u lidades. 17 Grado de Ingeniería en Diseño Industrial y Desarrollo de Producto 3. CONCEPTOS Trabajo Final de Grado 3.0. EDPs 3.1. Norma vas 3.2. Conceptualización 3.3. Desarrollo del concepto 3.4. Comparación del impacto 3.5. Transporte y distribución 3.6. Análisis mecánico 3.7. Renders de presentación 18 3. CONCEPTOS Trabajo Final de Grado 3. 3.0 ESPECIFICACIONES DE DISEÑO DE PRODUCTO “CríƟ cas.” - Ha de ser una caja estanca, es decir las juntas entre las carcasas y también la de la puerta han de estar bien aseguradas. - Hay que especifi car si es de 10 o de 12 módulos. - Ha de cumplir todas las normas necesarias (se especifi carán más adelante). Siendo crí cas las de resistencia al impacto y la de resistencia al hilo incandescente. - Esté camente ha de ser de las mejores del mercado. - Tiene que poder incluir accesorios. No  enen porqué ir incluidos en una primera compra pero si que interesaría el poder adquirirlos posteriormente, como puedan ser cerraduras, tapones, etc. - La puerta ha de poder ser reversible de alguna forma. - Se ha de intentar reducir el impacto medioambiental en lo máximo posible. - El raíl DIN ha de respetar las medidas para alojar correctamente los mandos eléctricos. - El incluir unas muescas para la apertura de agujeros para alojar las prensaestopas, o sacar directamente los cables, esas muescas son de ayuda. “Deseables.” - Se intentará reducir al máximo el material empleado en la caja, para reducir en costes de producción. - Habrá de tener el menor número de piezas posibles porque así se reduce material, impacto medioambiental y se simplifi ca el uso del producto. - El montaje de la caja ha de ser lo mas sencillo posible. - Los cambios de sección han de estar redondeados para evitar lesiones. - Los tornillos que unen las dos carcasas han de ser muy sencillos de roscar, y de fácil acceso. - El incorporar varias funciones en una misma pieza es una buena idea. - Cuanto más sencilla sea la caja mas barato resulta de fabricar el molde. - Interesante el incorporar las medidas de la caja en la parte posterior para facilitar el montaje al operario. - El incluir unas aberturas opcionales para el drenaje es ú l en ciertos casos. 3.1 NORMATIVAS 1. UNE-EN 60439:2005 Conjuntos de aparamenta de baja tensión. Partes 1 y 2. 2. UNE-EN 60670:2009 Instalaciones receptores de gas suministradas a una presión máxima de operación (MOP) inferior o igual a 5 bar. Partes 1 y 23 3. UNE-EN 62208:2012 Envolventes vacías des-  nadas a los conjuntos de aparamenta de baja tensión. Requisitos generales. 4. UNE-EN ISO 9001 Sistemas de ges ón de la calidad. Requisitos (ISO 9001:2008). 5. UNE-EN 60695:2011 Ensayos rela vos a los riesgos del fuego. Parte 2-12-13. 6. UNE-EN 714:1995 Sistemas de canalización en materiales termoplás cos. Uniones con junta de estanqueidad elastómera sin fuerza axial entre tubos a presión y accesorios inyectados. Ensayo de estanqueidad a presión hidráulica interior sin fuerza axial. 7. UNE-EN ISO 180:2001 Plás cos. Determinación de la resistencia al impacto Izod (ISO 180:2000). 8. UNE-EN ISO 14006:2011 Sistemas de ges-  ón ambiental. Directrices para la incorporación del ecodiseño. Ref. [8] Anexos página 153 3. CONCEPTOS Trabajo Final de Grado 19 3. 3.2 CONCEPTUALIZACIÓN Esta fase empieza con toda una serie de técnicas crea vas para encauzar el problema y sugerir posibles opciones de mejora. Si se quiere ver la fase completa véase: Ref. [9] Anexos página 154 Se presenta a con nuación un resumen de las cuatro alterna vas surgidas de esta fase de conceptualización y crea vidad. 3.2.0 CONCEPTO 1: Caja Ultra-plana Este primer concepto trata de reducir la profundidad de las cajas analizadas. La mayor parte de ellas presentan en muchos casos poco aprovechado en la carcasa frontal. Se incluye esa diferencia de altura para alojar la puerta frontal, no obstante creo se puede reducir considerablemente, op mizando el espacio, reduciendo el tamaño y disminuyendo material. 3.2.1 CONCEPTO 2: Caja Apilable En este segundo concepto el obje vo principal es el de reducir espacio en el transporte, a través de aumentar la apilabilidad de las cajas. La idea principal es el poder introducir parte de la carcasa superior dentro de la inferior, reduciendo el espacio durante el transporte. 3.2.2 CONCEPTO 3: Caja de Doble puerta Se trata de un concepto enfocado a la funcionalidad, permi endo abrir y cerrar la caja sin necesidad de atornillar con nuamente las dos carcasas entre sí. A través de una bisagra van las dos unidas y con un clipaje de cierre permanecen unidas mientras no se quiera acceder al interior. 3.2.3 CONCEPTO 4: Varias Mejoras En sí no se trata de un concepto solo, en este cuarto apartado he recogido varias ideas o mejoras las cuales por separado no son sufi ciente como para conformar un concepto aparte, no obstante se pueden analizar y posteriormente quizás incorporar en el diseño fi nal. 20 3. CONCEPTOS Trabajo Final de Grado 3. 3.2 CONCEPTUALIZACIÓN 3.2.4 Elección del concepto Se trata de elegir uno de los cuatro conceptos para su posterior desarrollo completo. Para ello se hace a través de una tabla ponderada según criterios propios al proyecto. 1. Componentes 2. Material 3. Transporte y distribución 4. Facilidad de uso 5. AtracƟ vo visual 6. Funcionalidad 7. Fabricación 8. Estanqueidad 9. Resistencia al impacto 3 CONCEPTO 1 Caja Ultra-plana Este concepto trataba de reducir el impacto medioambiental mediante la reducción del material y las medidas, en perjuicio de perder funcionalidad y espacio dentro de la caja. Presentaba una carcasa superior reducida en el espesor al mínimo, y aumentaba el tamaño de la puerta frontal, pero reducía su profundidad. *Ventajas Al reducir la profundidad de la caja ocupa menos espacio durante el transporte. A la hora de montarlo sobre una pared también estorba menos, y  ene un menor peso una vez montado. Se puede ampliar el tamaño de la puerta ya que se reduce su espesor. *Inconvenientes El espacio que se elimina en la carcasa superior para poder reducir su espesor, es un espacio empleado para alojar cables, y en caso de que se quiera colocar un portaregletas, en este concepto no resultaría tan fácil como en una caja con medidas normales. 4 4 3 2 1 3 4 3 C1 27ptos 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 1. Fotogra a del concepto a puntuar 2. Nombre del concepto, y breve descripción del mismo 3. Valores del 1 al 5, y su puntuación con respecto a esta escala 4. Nueve criterios de elección, que se evalúan a través de las puntuaciones del recuadro 3 5. Ventajas e inconvenientes del concepto a estudiar 6. Puntuación total obtenida por el concepto Ref. [10] Anexos página 169 Como resultado de este análisis el concepto elegido para desarrollar ha sido el Concepto 2: caja apilable, incluyendo alguna idea del concepto 4: varias mejoras. 3. CONCEPTOS Trabajo Final de Grado 21 3. 3.3 DESARROLLO DEL CONCEPTO 3.3.0 Descripción del concepto El nuevo concepto de caja ha surgido por la combinación de varias estrategias de ecodiseño para disminuir el impacto medioambiental, junto con un depurado trabajo de diseño para ganar en atrac vo visual. 3.3.1 Estrategias de Ecodiseño seguidas *Desarrollo de nuevos conceptos En este aspecto se ha seguido en la medida de intentar innovar a través de un nuevo concepto de caja que no exis era ya en el mercado,como es el caso de esta caja apilable. *OpƟ mización del uso del material Aquí se ha seguido la linea de intentar reducir al máximo las medidas de la caja, así como sus componentes o piezas. Se ha conseguido incorporar a una misma pieza funciones que en otras cajas realizaban incluso cinco o seis piezas dis ntas. A lo largo de las siguientes páginas se va a describir con más detalle la nueva caja, haciendo hincapíe en anclajes, u lización y demás puntos a tener en cuenta dentro de la descripción del producto. Con ello se ha conseguido reducir considerablemente el impacto en cuanto a material empleado. *OpƟ mización del transporte y la distribución Esta estrategia se ha seguido en la idea de reducir al máximo posible el espacio que ocupa la caja cuando está dentro de su caja de envoltorio. Con ello se consigue un 7% más de capacidad de carga en un palé normalizado del  po europeo. Dibujos de presentación del nuevo concepto desarrollado: caja estanca DFG 12 22 3. CONCEPTOS Trabajo Final de Grado 3. 3.3 DESARROLLO DEL CONCEPTO 3.3.2 Análisis estructural de componentes Se desarrolla una vista explosionada para ver claramente todos los componentes que forman parte de la nueva caja. 1. Tapón de la puerta 2. Puerta 3. Tornillos plásƟ cos 4. Aislante de la puerta 5. Carcasa superior 1 2 3 45 6 7 8 9 10 6. Tapones 7. Tornillos M4x12 8. Aislante de las carcasas 9. Raíl DIN 10. Carcasa inferior Para ver el análisis completo de funciones y caracterís cas de cada uno de los componentes véase Ref. [11] Anexos página 175 3. CONCEPTOS Trabajo Final de Grado 23 3. 3.3 DESARROLLO DEL CONCEPTO Rebaje de los alojamientos para permi r la encajabilidad de las carcasas Pestañas para forzar el cierre de la puerta Precinto de seguridad entre la carcasa inferior y superior Saliente/bisagra para el acople de la puerta Alojamiento para encajar el aislante para las carcasas Plano inclinado para facilitar el montaje y para indicaciones Medidas de la distancia entre agujeros para atornillar Disposición de los agujeros que permite margen de error en el taladrado 24 3. CONCEPTOS Trabajo Final de Grado 3. 3.3 DESARROLLO DEL CONCEPTO Resaltes que aumenta la resistencia a impactos Anclaje de 1/4 de giro de los tornillos plás cos Op mización del material y peso a través de vaciados Rebaje en la puerta para asegurar el contacto con el aislante Huecos para facilitar la apertura de la puerta Resaltes para asegurar el cierre de la puerta Tapa para cubrir el hueco de la cerradura Nervaduras para aumentar la resistencia 3. CONCEPTOS Trabajo Final de Grado 31 3. 3.4 COMPARACIÓN DEL IMPACTO MEDIOAMBIENTAL 3.4.6 Comparación Total CAJA ENCAJABLE DFG 12 SPELSBERG AKE 12 Huella de carbono: 5,17 kg CO2 Euforización del agua: 49.05 kg PO4 Acidifi cación atmosférica: 53.21 kg SO2 Energía total consumida: 104.03 MJ Huella de carbono: 4.92 kg CO2 Euforización del agua: 40.43 kg PO4 Acidifi cación atmosférica: 49.62 kg SO2 Energía total consumida: 97.97 MJ Redu cci ó n de l 5% Redu cci ó n de l 17.5 % Redu cci ó n de l 7% Redu cci ó n de l 6 % Se van a comparar, la caja analizada con me- nor impacto medioambiental (Spelsberg Ake12) con el nuevo concepto de caja desarrollado para ver cuanto es la reducción del impacto en total. Como se puede observar el resultado es muy sa sfactorio, ya que se ha conseguido reducir el impacto medioambiental en cada uno de los cuatro indicadores. Puede parecer que un 5% no es una reducción exagerada, pero hay que tener en cuenta que es comparada con la caja con menor impacto del mercado, y un 5% en términos de producción masiva es una reducción muy importante. 32 3. CONCEPTOS Trabajo Final de Grado 3. 3.5 TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN 3.5.0 Encajabilidad La nueva caja permite ahorrar espacio durante la distribución gracias a que la carcasa superior puede introducirse dentro de la inferior y así reduce su volumen durante el transporte. A con nuación se muestra de qué manera encaja una carcasa dentro de la otra. 3. CONCEPTOS Trabajo Final de Grado 33 3. 3.5 TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN 3.5.0 Encajabilidad Aún con todo la puerta no se puede introducir dentro de la base debido a sus medidas, por lo que ha de reposar encima de la carcasa superior. No obstante se sigue ahorrando en espacio incluso con este inconveniente. 34 3. CONCEPTOS Trabajo Final de Grado 3. 3.5 TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN 3.5.1 Embalaje y Packaging He creído oportuno diseñar un  po de embalaje apropiado para este nuevo producto. El material se trata de cartón reciclado (0,29 kg CO2 eq) y la forma y la manera de proteger el producto se presenta a con nuación. Para una descripción más extensa véase: Ref. [12] Anexos página 219 Espacio libre para el alojamiento de posibles complementos que no quepan dentro de la caja 2 3 3. CONCEPTOS Trabajo Final de Grado 35 3. 3.5 TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN 3.5.2 Reducción de emisiones durante la distribución Medidas del producto: 200x250x125mm Medidas de la caja: 210x260x140mm Palé normalizado europeo de 120cm x 80 cmx 14 cm Disposición de las cajas de 26cm a lo largo y de 21 cm a lo ancho = 12cajas Disposición de las cajas de 21cm a lo largo y de 26 cm a lo ancho = 15cajas Spelsberg Ake 12 36 3. CONCEPTOS Trabajo Final de Grado 3. 3.5 TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN 3.5.2 Reducción de emisiones durante la distribución Altura máxima de 180 cm CAPACIDAD TOTAL: 180 unidades SPELSBERG AKE 12 3. CONCEPTOS Trabajo Final de Grado 37 3. 3.5 TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN 3.5.2 Reducción de emisiones durante la distribución Medidas del producto: 200x270x100mm Medidas de la caja: 210x280x110mm Palé normalizado europeo de 120cm x 80 cmx 14 cm Disposición de las cajas de 28cm a lo largo y de 21 cm a lo ancho = 12cajas Disposición de las cajas de 21cm a lo largo y de 28 cm a lo ancho = 10cajas Caja DFG 12 38 3. CONCEPTOS Trabajo Final de Grado 3. 3.5 TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN 3.5.2 Reducción de emisiones durante la distribución Altura máxima de 180 cm CAPACIDAD TOTAL: 192 unidades CAJA ENCAJABLE DFG 12 Au m e nt o de l a c a nƟ dad e n u n 7% 3. CONCEPTOS Trabajo Final de Grado 39 3. 3.6 ANÁLISIS MECÁNICO En este apartado se ha desarrollado una simulación para comparar hasta que punto el diseño de la nueva caja aumenta la resistencia a deformaciones por parte de presiones y cargas externas. Por una parte se va ha probar la carga de 49 N sobre una puerta con una forma convencional y luego se comparan los resultados con otras demostraciones del mismo  po en dos cajas dis ntas. Fuerza: 49N Material: PoliesƟ reno Modulo de Young: 228x10^7 N/m2 Densidad de masa: 1040 kg/m2 Límite elásƟ co: 0.02 N/m2 Caja con diseño convencional Tensión máxima: 945.268 N/m2 Desplazamiento máximo: 6,17e mm 40 3. CONCEPTOS Trabajo Final de Grado 3. Caja con resalte rectangular 3.6 ANÁLISIS MECÁNICO Tensión máxima: 538.399,4 N/m2 Tensión máxima: 2,72e mm 4. 4. REFERENCIAS Trabajo Final de Grado 47 4.0 INTERNET WEB [1] Post acerca de posibles objetos - (h p://www.taringa.net/posts/cienciaeducacion/9575170/Inventos-sencillos_-objetos- revolucionarios_.html) [2] Posibles objetos sencillos - (h p://objetosencillos.soopbook.es/) [3] Listado de los 50 objetos que según Javier Mariscal han cambiado el día a día - (h p://www.20minutos.es/galeria/3778) [4] Video acerca de objetos fabricados a través de desperdicios - (h p://miregaloreciclado.blogspot.com/2010/02/ objetos-con-material-reciclado.html) [5] NoƟ cias relacionadas con el medio ambiente - (h p://www.wwf.es/) [6] World Bussiness Council for Sustainable Development, 1992 - (h p://www.wbcsd.org) [7] Decálogo del ecodiseñador - (h p://www.pre-sustainability.com/content/ build-a-framework) [8] Huella medioambiental de Apple - (h p://www.apple.com/es/environment/) [9] Caja de distribución solera 1312 - (h p://www.sumidelec.com/cajas-de-automa-  cos/caja-estanca-distribucion-solera-1312-ip65- precintable-p-1618.html) - (h p://www.psolera.com/banco/archivos/indubox_distribucion.pdf) - (h p://www.qmadis.com/list.aspx?np=3&c=215& hc=0&s=1&om=1&i=1) [10] Gewiss GW 40103 - (h p://www.ele romeris.com/scheda_prodo o. php?r=2827) - (h p://industrialele rica.adslnet.it/Lis no/ AspLis no/Gewiss.asp) - (h p://www.electricalwholesaleonline.com/ product/2583) [11] Schneider 13981 KAEDRA - (h p://www.ops-ecat.schneider-electric.com/ ecatalogue/browse.do?cat_id=BU_POW_866_ L1&conf=seo&el_typ=product&nod_id= 0000000002&prd_id=13981&scp_id=Z000) - (h p://shop.hagemeyer.nl/schneider-electric- energiedistribu e-/7311900/ProductInforma on. rac on) [12] Hager VE 112E - (h p://download.hager.com/hager.es/fi les_down- load/tarifas/tarifa_906.pdf) - (h p://catalogo.hager.es/resource?app=CatDow nload&name=ESP_09_10_TECDOC_REGLAMENTA- CION_CAJAS_ARMARIOS.PDF) [13] Vilaplana 883 - (h p://www.qmadis.com/product/21302/0/0/1/1/CAJA-ESTANCA-PVC- 220X170X110-10-ELEM.htm) - (h p://www.direct-electro.es/cajas-distribucion) [14] IDE CD13PT - (h p://www.distribucioneselectricas.com/ cajas/1068-caja-automa cos-estanca-12-elemen- tos-cd13pt-ide.html) - (h p://www.ventaelectricidad.es/Caja-estanca- IDE-CD13PT-13-elementos) 48 4. REFERENCIAS Trabajo Final de Grado 4. 4.0 INTERNET WEB [15] Spelsberg AKe 12 - (h p://www.spelsberg.es/sistemas-de-cajas/ cajas-para-bornes-en-linea.html) - (h p://es.rs-online.com/web/p/cajas-de- pared/6161296/) - (h p://www.spelsberg.es/fi leadmin/user_upload/ Download_ES/Catalogo/Spelsberg_AK_09_ES.pdf) - (h p://in.rsdelivers.com/product/guntherspelsberg/73551221/ake-12-module-distribu onunit-ip55/4751358.aspx) [16] Famatel 3912-T - (h p://www.famatel.com/tarifas/tarifas-indus- triales) - (h p://www.comercialmoncho.com/index. php?sec on=productos&id_cat=4-108&id_ prod=4979) - (h p://www.luckinslive.com/product/396508397/ Famatel-UK-Ltd/3912-T) [17] Descarga del soŌ ware de ecodiseño ECO-it - (h p://www.pre-sustainability.com/eco-it) [18] Información acerca de diferenciales eléctricos - (h ps://www.swe.siemens.com/spain/web/es/ ic/mvlv/low_voltage/Documents/catalogo%20 ALPHA_BETA.pdf) [19] Información acerca de los Railes DIN - (h p://www.dinmoun ngrail.com/Page. aspx?page=19&content=Din%20Rail) - (h p://es.wikipedia.org/wiki/Carril_DIN) - (h ps://www.cannaweb.org/fcf/viewtopic. php?f=47&t=56928&start=15) - (h p://www.omega.com/pptst/DRTB-RAIL.html) 4. 4. REFERENCIAS Trabajo Final de Grado 49 4.1 BIBLIOGRAFÍA Información acerca del diseño ecológico, así como ejemplos de ecodiseño: [1] Diseño ecológico, 1000 ejemplos (Rebeca Proctor, Editorial Gustavo Gili, SL, 2009). [2] Diseño ecológico (Joaquim Viñolas Marlet, Art Blume, 2005). [3] Ecodiseño, estado de la cuesƟ ón (Luis Clarimón, Ana Cortés, Elena Aragonés; Observatorio de Medio Ambiente de Aragón OMA, 2009). [4] Manual de diseño ecológico (Alastair Fuad-Luke; Editorial Cartago, 2002). [5] Design for the Environment (Jeremy M. Yarwood, Patrick D. Eagan, Ph.D., P.E; 2008). [6] Diseño del siglo XX (Charlo e & Peter Fiell; Taschen, 2005) NormaƟ vas de dibujo técnico industrial [7] Representación gráfi ca en fabricación mecánica (Julián Mata; Padre Aramburu Burgos, 2006) Documentación de métodos producƟ vos y de fabricación: [8] Así se hace (Chris Le eri; Blume, 2008) [9] Moldes de inyección: “Rules of thumb” para dimensionado (T.I.I.P- Universidad de Zaragoza) [10] Diseño de piezas de plásƟ co para inyección (Antoni González de Cabanes, San ago González Mestre) [11] Guía de diseño de uƟ llaje rápido para inyección de plásƟ co (Plast-Innova) [12] Manufactura, ingeniería y tecnología (S. Kalpakjian; Pren ce Hall, 2007) Metodologías y estrategías de ecodiseño [13] Ecodiseño y Diseño para el Medio Ambiente (Ignacio López Fornies, Eduardo Manchado Pérez- Máster Propio Universidad de Zaragoza) [14] Ecodiseño y Diseño para el Medio Ambiente (Carmelo Pina Gadea - Área de Expresión Gráfi ca de la Ingeniería UNIZAR) 4.2 OTROS Conferencias y charlas [1] Joan Rieradevall, Ecodiseño y Transporte, 2009. [2] 2010 Annual Report of the Eco Innova on Observatory “The Eco-Innova on Challenge; Pathways to a resource effi cient Europe”. [2] “Hacia un nuevo modelo produc vo sostenible” El nuevo modelo. Antonio Valero, UIMP 2011 (h p://issuu.com/uimppirineos/docs/a_valero_ propuestas_hacia_un_nuevo_modelo_produc ) 50 4. REFERENCIAS Trabajo Final de Grado 4. 4.3 AGRADECIMIENTOS Me gustaría agradecer la ayuda a todas aquellas personas que han facilitado la labor de este proyecto. Empezando por la propia Universidad de Zaragoza que me ha formado durante cuatro estupendos años, y sin la cual todo esto no hubiera sido posible. Agradecer también a la empresa Zaragozana IDE el haberme facilitado los nueve modelos dis ntos de cajas de distribución, ya que sin su ayuda me hubiera resultado mucho más costosa la búsqueda del producto. También quiero acordarme del taller de fabricación del CPS, quienes sin ningún  po de inconveniente me prestaron su báscula de precisión para realizar mis cálculos medioambientales. Y en especial agradezco la ayuda prestada al director del proyecto Ignacio López Fornies, tanto por sus horas de dedicación a la hora de solucionar dudas del proyecto así como por otras facilidades aportadas para la correcta labor del proyecto, como pudo ser el proporcionarme una sala de inves gación para la realización de los análisis de las pruebas medioambientales, y otra infi nidad de ayudas. Por todo ello muchas gracias a todos. 51 CONCLUSIONES FINALES Reducción del impacto medioambiental de un producto de fabricación masiva, mediante la uƟ lización de estrategias de ecodiseño. A conƟ nuación se van a realizar una pequeña refl exión en modo de conclusiones de todo lo que ha supuesto este proyecto. En primer lugar creo que este proyecto demuestra como el implementar una estrategia sostenible para el medio ambiente por parte de la empresa, no sólo benefi cia a la protección del ecosistema sino que también puede ahorrar costes económicos a la misma, con lo que es algo muy a tener en cuenta hoy en día que el consumidor exige este Ɵ po de políƟ cas sostenibles porparte de las compañías. Una vez dicho esto, voy a analizar el resutado de mi nueva caja estanca de distribución eléctrica DFG 12. En primer lugar se ha conseguido reducir el impacto medioambiental, comparado con la caja del mercado que ahora mismo Ɵ ene unas emisiones de CO2 más bajas, como fue la Spelsberg Ake 12. En este punto ha sido un exito en el proyecto conseguir reducir el impacto medioambiental en las siguientes proporciones: - Reducción de la huella de carbono: 5% - Reducción de la euforización del agua: 17,5% - Acidifi cación atmosférica: 7% - Energía total consumida: 6% Esto supone que al ser un objeto de producción industrial, el reducir por ejemplo un 5% la huella de carbono es una gran reducción, ya que el volumen de unidades producidas es enorme. Otra mejora con respecto al resto de las cajas del mercado, es la opción de poder encajar la carcasa superior dentro de la inferior, para reducir espacio durante el transporte. En principio puede parecer que esto no supone un ahorro, pero si tenemos en cuenta la energía uƟ lizada para transportar los productos desde un punto a otro se ve que claramente si. El incrementar la canƟ dad de cajas que se pueden almacenar en un palé europeo en un 7%, ahorra en combusƟ ble, con lo que se disminuye las emisiones de CO2 y la uƟ lización de mas carburante con lo que también ahorra en costes. A parte de este gran cambio en cuanto a la distribución y a la reducción de la huella medioambiental en la producción, hay que sumarle un atracƟ vo diseño. Es un diseño que trasmite los valores que se pretendían, valores de calidad de marca, robustez de caja y estanqueidad. Además no se trata de un diseño caprichoso por estéƟ ca, sino que como se indica en el análisis mecánico surge de un mejor comportamien- to ante fuerzas externas. Mediante esa curvatura en la puerta y en la carcasa superior se ha conseguido aumentar la resistencia. Y en cuanto a la carcasa inferior al necesitar de una superfi cie lisa, se optó por incorporar el resalte rectangular, que sin modifi car la planitud de la superfi cie conseguia aumentar su comportamiento ante cargas. Por todo ello creo que este proyecto ha resultado un éxito, ya que se han conseguido todos los objeƟ vos con los que se parơ a en un principio y además se ha añadido un valor adicional al producto fi nal, no sólo reduciendo su impacto medioambiental, sino también aumentando su atracƟ vo estéƟ co y sistema de distribución.