INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL · Gracias al Instituto Politécnico Nacional por haberme dado la...

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN

UNIDAD PROFESIONAL ZACATENCO

DISEÑO DE UNA REGADERA DE BAJO CONSUMO DE AGUA,

“ECOLÓGICA”

TESIS

QUE PARA OBTENER EL GRADO DE:

MAESTRO EN CIENCIAS CON

ESPECIALIDAD EN INGENIERÍA MECÁNICA

PRESENTA:

ING. GUSTAVO ARMANDO BAUTISTA OMAÑA

DIRECTOR DE TESIS:

DR. JÓSE ÁNGEL ORTEGA HERRERA

DR. MARCO ANTONIO GUTIÉRREZ VILLEGAS

México D.F. Junio 2013

Dedicatoria

A mi madre María Concepción Omaña Santillán por su

amor incondicional, por la formación que me dio y que

me sigue dando, porque cada éxito que tengo se lo debo

a ella, gracias Mami, te quiero mucho.

A mi padre Vicente, a mis hermanos Daniel y Vicente,

por apoyarme siempre en todo, los quiero mucho.

Agradecimientos

Gracias Dios, por guiarme en el camino. Por ser tan bondadoso conmigo y con la

gente que tanto quiero.

Agradezco a mis asesores de tesis, el Dr. Marco Antonio Gutiérrez Villegas y el Dr.

José Ángel Ortega Herrera por la ayuda que me brindo para la realización de este

proyecto, y por confiar en mí desde antes que perteneciera a esta institución.

Agradezco al Dr. Raymundo López Callejas por sus valiosos consejos y toda la

ayuda que me brindo.

Agradezco a mi amigo Arturo Téllez por todo su apoyo incondicional, por darme

ánimos en los momentos más difíciles y sobre todo por compartir conmigo su valiosa

amistad.

Al Dr. Alcántara, Dr. Beltrán, Dr. Hernández, Dr. Ortega y Dr. Sánchez. Fue todo

un placer haber podido asistir a sus clases. Gracias por sus valiosas enseñanzas y por los

ocasionales “coscorrones”.

A mis excelentes amigas Liz Torres, Carmen Velázquez y Libia Reyes, por darme

ánimos en los momentos más difíciles y por compartir conmigo su valiosa amistad.

A mi mejor amiga Minerva Gutiérrez por toda su comprensión, confianza, cariño y

sobre todo por brindarme su amistad. Solo me queda darte las gracias por el tiempo que

me has dedicado, por tus consejos y tu apoyo. ¡Eres lo máximo! ¡Te quiero! ¡Gracias por

ser mi amiga!

Gracias a la Sra. Margarita Armenta Rocha y al profesor Marco Antonio Gutiérrez

Villegas por todo su apoyo, confianza pero sobre todo por su cariño.

A todos los amigos del grupo: Yonatan, Sandra, Jorge, César Félix, Alejandro,

Rafael y Manolo. Gracias por los buenos momentos y la excelente convivencia. Muchas

gracias por compartir su tiempo y conocimientos conmigo.

A la Universidad Autónoma Metropolitana, en especial a Daniel y Arturo,

encargados del laboratorio de termofluidos por todo el tiempo que me dedicaron, y por

todo el material de apoyo que me proporcionaron para mí proyecto. A Chucho, Jaime y

Toño, encargados del área de mecánica por todo su apoyo y por compartir sus

conocimientos conmigo.

Gracias a todos mis amigos por darme ánimos en los momentos más difíciles y por

compartir conmigo su valiosa amistad.

Agradezco a los Profesores de la Sección de Estudios de Posgrado e Investigación de

la ESIME Zacatenco del IPN, que participaron en mi formación.

Gracias al Instituto Politécnico Nacional por haberme dado la oportunidad de

obtener el grado de Maestro en Ciencias en esta institución y por haberme otorgado las

becas que ofrece.

A las Instituciones CONACyT, IPN, y UAM-Azcapotzalco por su gran ayuda y el

apoyo mostrado.

A todos ustedes, muchísimas gracias. Este trabajo también es suyo

ÍNDICE GENERAL

Diseño de una regadera de bajo consumo de agua, “ecológica”

7

Índice General

Índice General ............................................................................................................................... 7 Índice de figuras ............................................................................................................................ 9 Índice de tablas ............................................................................................................................ 11 Terminología ............................................................................................................................... 12 Resumen ...................................................................................................................................... 13 Abstract ....................................................................................................................................... 14 Introducción................................................................................................................................. 15 Antecedentes ............................................................................................................................... 17 Justificación del proyecto ............................................................................................................. 18 Objetivos ..................................................................................................................................... 19

Objetivo General: .................................................................................................................... 19 Objetivos Particulares: ............................................................................................................ 19

Capítulo I. Estado del arte ............................................................................................................ 21 1.1 Historia de la regadera para aseo corporal .......................................................................... 21 1.2 Evolución de las regaderas ................................................................................................ 23 1.3 Rango de presión y niveles de edificación.......................................................................... 26 1.4 Tipos de regaderas ahorradoras de agua ............................................................................. 27

1.4.1 Regadera ahorradora SANPLOM ............................................................................. 27 1.4.2 Regadera para baño, modelo LAGUA ........................................................................ 29 1.4.3 Regadera para baño AMANDA ............................................................................... 31 1.4.4 Regadera plástico cromada ....................................................................................... 33

1.5 Tolerancias dimensionales ................................................................................................. 34 1.5.1 Definiciones .............................................................................................................. 34 1.5.2 Dimensión efectiva .................................................................................................... 34 1.5.3 Dimensiones limite .................................................................................................... 35 1.5.4 Intervalo de tolerancia. .............................................................................................. 35 1.5.5 Dimensión nominal ................................................................................................... 35 1.5.6 Desviaciones ............................................................................................................. 36 1.5.7 Sistemas ISO de ajustes y tolerancias. ........................................................................ 38 1.5.8 La calidad y los procesos de fabricación. ................................................................... 39 1.5.9 Posición de la tolerancia ............................................................................................ 40 1.5.10 Designación de la tolerancia .................................................................................... 42 1.5.11 Ajustes .................................................................................................................... 42 1.5.12 Juego y apriete ........................................................................................................ 45

Capítulo II. Planteamiento del problema. ...................................................................................... 47 2.1 Metodología ...................................................................................................................... 47 2.2 Fases del diseño mecánico ................................................................................................. 48

2.2.1 Fase I. Reconocimiento de la necesidad. .................................................................... 48 2.2.2 Fase II. Definición del problema. ............................................................................... 48 2.2.3 Fase III. Síntesis ........................................................................................................ 49 2.2.4 Fase IV. Análisis y optimización. .............................................................................. 49 2.2.5 Fase V. Evaluación. ................................................................................................... 49 2.2.6 Fase VI. Presentación ................................................................................................ 49

2.3 Enunciado de la necesidad y delimitación del problema. .................................................... 50 2.4 Diseño conceptual y consideraciones de diseño ................................................................. 53 2.5 Presentación de la Propuesta .............................................................................................. 58

Capítulo III. Ingeniería de Diseño ................................................................................................ 63 3.1 Conexión de la unión ......................................................................................................... 65

ÍNDICE GENERAL


8

3.2 Empaque del nudo móvil ............................................................................................... 68 3.3 Nudo móvil ....................................................................................................................... 69 3.4 Cuerpo de la regadera ........................................................................................................ 71 3.5 O‟ ring del cuerpo de la regadera ....................................................................................... 73 3.6 Válvula para ahorro de agua .............................................................................................. 74 3.7 Resorte .............................................................................................................................. 76 3.8 Empaque reductor de flujo................................................................................................. 82 3.9 Campana ........................................................................................................................... 83 3.10 Tapa distribuidora ........................................................................................................... 85 3.11 O‟ ring de la tapa distribuidora ........................................................................................ 88 3.12 Tornillo ........................................................................................................................... 89

Capítulo IV. Evaluación del Diseño y Pruebas de Operación ........................................................ 91 4.1 Análisis por Método de Elementos Finitos ......................................................................... 91

4.1.1 Conexión de la Unión ................................................................................................ 92 4.1.2 Nudo Móvil. .............................................................................................................. 95

4.2 Pruebas de Operación ........................................................................................................ 99 4.3 Costos de Fabricación......................................................................................................110

Conclusiones ..............................................................................................................................111 Trabajos Futuros ....................................................................................................................113

Bibliografía .................................................................................................................................114 Paper .....................................................................................................................................114 Páginas Web ..........................................................................................................................115

Apéndice A .................................................................................................................................116 Norma Oficial Mexicana: .......................................................................................................116 NOM-008-CNA-1998 .............................................................................................................116

Apéndice B .................................................................................................................................131 Tolerancias ISO .....................................................................................................................131

ÍNDICE DE FIGURAS


9

Índice de figuras Figura 1: Pintura en una vasija griega (hacia 600 a. C.), ducha comunitaria. 23 Figura 2: Ducha antigua 23 Figura 3: cabina de ducha actual 24 Figura 4: Ducha comunitaria 24 Figura 5: Ducha de costilla 25 Figura 6: Duchas modernas y sofisticadas. 25 Figura 7: Descripción de la Altura h de la Ley Hidrostática de Variación de Presión. 26 Figura 8: Regadera SANPLOM 27 Figura 9: Dispositivo para reducir caudal, Regadera Samplom 28 Figura 10: Regadera LAGUA 29 Figura 11: Regadera LAGUA, intervalo de presión. 29 Figura 12: Regadera LAGUA, vista del empaque O´ring. 30 Figura 13: Regadera LAGUA, Campana y tapa distribuidora. 30 Figura 14: Regadera AMANDA, con grado ecológico. 31 Figura 15: Regadera AMANDA, Vista inferior de la tapa distribuidora. 31 Figura 16: Regadera AMANDA, vista superior de la campana de la regadera. 32 Figura 17: Regadera ahorradora de Plástico Cromada 33 Figura 18: Dimensiones generales de la regadera ACH-11C 33 Figura 19: Dimensión nominal, máxima y mínima. 35 Figura 20: Muestra las Dimensiones y Desviaciones. 36 Figura 21: Anotación de Dimensiones y Tolerancias. 37 Figura 22: Nomenclatura de los Agujeros. 40 Figura 23: Posición Grafica de los Agujeros con Respecto a la Línea Cero. 41 Figura 24: Posición Grafica de los Arboles con Respecto a la Línea Cero. 41 Figura 25: Tipos de Ajuste en el Ensamble. 42 Figura 26: Sistema del Agujero Normal. 43 Figura 27: Sistema del Árbol Normal. 43 Figura 28: Forma de Designar a un Ajuste 44 Figura 29: Juego Máximo y Juego Mínimo. 45 Figura 30: Entrada y salida del proceso de diseño. 48 Figura 31 : Fases del diseño mecánico 50 Figura 32: ES-113 58 Figura 33: ES-113, Corte de Sección 59 Figura 34: Presentación previa: Ecologycal Shower Modelo 113 59 Figura 35: Presentación Previa: Vista con Transparencia ES-113 60 Figura 36: Presentación Previa: Vista Explosionada ES-113 61 Figura 37: Machuelo de ½ NPT Para la Conexión de la Unión. 65 Figura 38: Proceso de Maquinado Para la Rosca Interior Cónica de la Conexión de la Union. 66 Figura 39: conexión de la Unión, geometría y dimensiones principales. 67 Figura 40: Conexión de la unión; pieza final. 67 Figura 41: Empaque de hule para nudo de regadera. 68 Figura 42: Empaque de la Conexión de la Unión, dimensiones principales. 68 Figura 43: Empaque del nudo móvil; pieza final. 68 Figura 44: Tarraja utilizada para la cuerda del nudo móvil. 69 Figura 45: Nudo Móvil, Dimensiones Principales. 70 Figura 46: Nudo móvil, pieza final. 70 Figura 47: Proceso de Maquinado para el Cuerpo de la Regadera. 71 Figura 48: Cuerpo de la regadera, cuerda interna, machuelo ¼ NC 20 72 Figura 49: Dimensiones Generales, Cuerpo de la Regadera. 72 Figura 50: Cuerpo de la regadera, pieza final. 72 Figura 51: Dimensiones y geometrías Generales; O´ring del Cuerpo de la Regadera. 73 Figura 52:O´ring del cuerpo de la regadera, pieza final. 73 Figura 53: Válvula para Ahorro de Agua, material: Nylamid. 74 Figura 54: Válvula para Ahorro de Agua, Material: Aluminio 6061-T6 75 Figura 55: Válvula para ahorro de agua, pieza final. 75

ÍNDICE DE FIGURAS


10

Figura 56: Diagrama de Operación de un Resorte. 77 Figura 57: Proceso para el Diseño de un Resorte 79 Figura 58: Resorte, Geometría y Dimensiones Principales. 81 Figura 59: Resorte, pieza final. 81 Figura 60: Geometría General, Empaque Reductor de Flujo. 82 Figura 61: Empaque reductor de flujo, pieza final. 82 Figura 62: Machuelo de ½” NF20 para la Cuerda de la Campana. 83 Figura 63: Acabado Superficial de la Campana de la Regadera. 83 Figura 64: Geometría y Dimensiones Finales de la Campana de la Regadera. 84 Figura 65: Campana de la regadera, pieza final. 84 Figura 66: Aro Número 1; Geometría y Dimensiones Principales. 85 Figura 67: Aro 1, pieza final. 85 Figura 68: Geometría y Dimensiones Principales del aro Número Dos. 86 Figura 69: Aro número dos, pieza final. 86 Figura 70: Geometría y Dimensiones Principales para el Aro Número 3. 87 Figura 71: Aro 3, pieza final. 87 Figura 72: Geometría y Dimensiones Finales del O´ring de la Tapa Distribuidora. 88 Figura 73: O „ring de la tapa distribuidora, pieza final. 88 Figura 74: Geometría y Dimensiones Finales para el Tornillo. 89 Figura 75: Tornillo, pieza final. 89 Figura 76: Mallado, sujeción y cargas del Estudio del Engrane 93 Figura 77: Distribución de deformaciones en la conexión de la Unión. 93 Figura 78: Distribución del Factor de Seguridad en La conexión de la Unión. 94 Figura 79: Mallado del Nudo Móvil. 96 Figura 80: Desplazamientos en el nudo móvil. 97 Figura 81: FDS para el Nudo Móvil. 98 Figura 82: Instalación de Prueba. 99 Figura 83: Instalación de Prueba, Tubería de Cobre. 100 Figura 84: Instalación de prueba completa 100 Figura 85: Configuración en serie de las bombas. 101 Figura 86: Instrumentos para la Medición de Caudal 102 Figura 87: Manómetro Utilizado. 102 Figura 88: Curva 4.9 promedio 105 Figura 89: Curvas para Dier =4.2, 4.5, 4.7, 4.9, 5.1, 5.3, y 5.5mm 106 Figura 90: Curvas para 4.9mm<Dier <5.3mm 107 Figura 91: Curvas para Dier =4.9, 5.05, 5.1, 5.15, 5.2, 5.25 y 5.3 mm 108 Figura 92: Curvas para Dier = 5.15 mm, cada una de las Pruebas. 109 Figura 93: Curva para Dier = 5.15 mm, valor promedio. 109 Figura 94: ES-113 Presentación Final 112

ÍNDICE DE TABLAS


11

Índice de tablas

Tabla 1: Clasificación de las regaderas de acuerdo a su intervalo de presión. 15 Tabla 2: Gasto mínimo y máximo de acuerdo al tipo de regadera. 16 Tabla 3: Intervalos de Tolerancia Fundamentales. 38 Tabla 4: Tabla de Calidades con Respecto a las Máquinas 39 Tabla 5: Ajustes Principales. 44 Tabla 6: Conceptos tomados del concepto de la necesidad 52 Tabla 7: tabla de bloques y sus respectivas tareas. 52 Tabla 8: Consideraciones de diseño para la conexión de la unión. 54 Tabla 9: Consideraciones de diseño para el empaque del nudo móvil 54 Tabla 10: Consideraciones de diseño para el nudo móvil. 54 Tabla 11: Consideraciones de diseño para el cuerpo de la regadera. 55 Tabla 12: Consideraciones de diseño para la campana de la regadera. 55 Tabla 13: Consideraciones de diseño para la tapa distribuidora 55 Tabla 14: Consideraciones de diseño para el tornillo. 56 Tabla 15: Consideraciones de diseño para los empaques O‟ ring 56 Tabla 16: Consideraciones de diseño para la válvula para ahorro de agua 56 Tabla 17: Consideraciones de diseño para el resorte 57 Tabla 18: Consideraciones de diseño para el empaque de paso de flujo. 57 Tabla 19: Valores para Distintos Diámetros del Alambre de Acero Inoxidable 80 Tabla 20: Propiedades del Aluminio 6061-T6 92 Tabla 21: Propiedades del Aluminio 6061-T6 95 Tabla 22: Prueba: 4.9 p1. 103 Tabla 23: Prueba: 4.9 p2. 104 Tabla 24: Prueba: 4.9 prom. 105 Tabla 25: Cosos de Fabricación de la Regadera 110

TERMINOLOGÍA


12

Terminología

NPT Cuerda nacional cónica para tubería

NF Cuerda nacional fina

NC Cerda nacional gruesa

IT Intervalo de tolerancia

Fi Fuerza de instalación del resorte

F Fuerza de operación del resorte

yi Longitud contraída del resorte

y Deformación en la operación del resorte

c Carrera deseada del resorte

K Constante elástica del resorte

A Área sobre la cual se aplica la fuerza F

P Presión del agua

Av Área de contacto de la válvula

Sut Resistencia ultima a la tensión

Ssy Resistencia a la cedencia por cortante

TED Teoría de la energía de la distorsión

DE Diámetro exterior del resorte

DI Diámetro interior del resorte

KB Factor de aumento del esfuerzo cortante de Bergsträsser

τs Esfuerzo en longitud sólida

Na Número de espiras activas del resorte

Q Número de espiras muertas del resorte

Nt Número de espiras totales

Ls Longitud sólida del resorte

L0 Longitud libre del resorte

Lcrit Longitud critica del resorte.

CDM Costo de fabricación del resorte

G Módulo de cortante del material

E Módulo elástico del material

MEF Método del elemento finito

ν Coeficiente de Poisson

ρ Densidad de masa

α Coeficiente de expansión térmica

C Calor especifico

Dier

LPM

Diámetro interno del empaque reductor de flujo

Litros por minuto

Pa Pascales

kPa Kilo páscales

kgf Kilogramo fuerza

CAD Diseño asistido por computadora

TED Teoría de la energía de la distorsión

RESUMEN


13

Resumen

El presente trabajo consiste en el diseño mecánico de una regadera ahorradora de

agua “ecológica”, específicamente para edificaciones de más de 12 pisos, es decir, esta

regadera funciona para baja, mediana y alta presión. Se sigue la metodología clásica del

diseño para proponer una solución, construir un prototipo para comprobar el correcto

funcionamiento. El trabajo parte de la historia y evolución de las regaderas a lo largo de la

historia, llevando a conocer algunas de las regaderas más utilizadas en la actualidad, así

como las partes con los que cuentan cada una de ellas para reducir el flujo de agua y

alcanzar el propósito de disminuirlo, a esta se le denomina “Regadera Ecológica”. Se

procede a plantear el problema en su forma más abstracta e imaginaria en las primeras fases

de diseño, ordenando las ideas, requisitos y consideraciones de diseño mediante técnicas

conceptuales. Seguido se resuelven las tareas utilizando la metodología de diseño

planteada, se sigue este proceso para obtener una solución, la cual se refina mediante un

proceso formal de ingeniería de diseño. El proceso de ingeniería va fuertemente

acompañado del uso del CAD Solidworks, utilizado para el modelado en 3D. Este diseño

virtual es sometido a un proceso de evaluación y de revisión. Se concluyó con las pruebas

de operación, teniendo en cuenta resultados obtenidos mediante gráficas de caudal vs

presión.

ABSTRACT


14

Abstract

This paper presents the work of mechanical design of an ecological saving water

shower, specifically for buildings up to 12 floors, this ecological shower performs well in

low, medium and high pressure conditions. It follows the classic methodology of design to

propose a solution and build it to verify its correct operation. The project begins from

history and evolution of sprinklers throughout time, bringing to light some of the most

commonly used showers today as well as all the devices that integrate each one, to reduce

the flow of water and reach the level of "ecological shower". In the earliest stages of design

we proceed to state the problem in its most abstract and imaginary shape, ordering ideas,

requirements and considerations of design conceptual techniques. After that, are all the

design tasks resolved one by one to pose a solution, which is refined through a formal

process of engineering design. The engineering design process is heavily complemented by

the use of Solidworks CAD, used for 3D modeling. The virtual design is subjected to a

process of evaluation and design review. It concludes with operation tests and analysis of

the results obtained through pressure vs. flow charts.

INTRODUCCIÓN


15

Introducción

Los factores que impulsan el mejoramiento de la economía de un país son la creación

de regaderas ahorradoras de agua que les permita permanecer en funcionamiento, en

términos ecológicos y económicos. Reducen el consumo de agua en, al menos un 50%

respecto de una regadera convencional y en casas particulares pueden reducir el consumo

de gas en alrededor de un 30%, y no sólo eso, sino que, al requerirse menor bombeo de

agua, también ahorran electricidad.

Una regadera ahorradora protege las reservas de agua, reduce las emisiones de

contaminantes por generación de electricidad, ayuda a prevenir el cambio climático al

reducir la quema de combustibles y sus beneficios económicos al consumidor.

Con el objetivo de contribuir a la preservación de los recursos hidráulicos del país es

necesario continuar con los esfuerzos encaminados al uso eficiente del agua potable para el

consumo humano, que permitan mantener y aumentar el suministro del vital líquido a la

población nacional.

Para lograr el uso racional del agua, se hace necesaria e indispensable la regulación

del consumo doméstico mediante el uso de un mecanismo de ahorro de agua, también

denominados dispositivos de bajo consumo de agua.

Actualmente existen diferentes tipos de regaderas. Como es para el aseo corporal de

fabricación nacional y extranjera, que requieren un alto consumo de agua para su

funcionamiento, por lo que es necesario reglamentar el gasto que suministran, evitando

desperdicios innecesarios de agua, sin perder de vista el confort de los usuarios.

En el diseño de la propuesta se toma como base la norma NOM-008-CNA-1998, para

regaderas empleadas en el aseo corporal- Especificaciones y métodos de prueba.

Se tiene la clasificación de las regaderas de acuerdo a sus características de presión:

REGADERA TIPO RANGO DE PRESIÓN DE TRABAJO

KPa (kgf/cm2)

NIVEL DE

EDIFICACIÓN *

BAJA PRESIÓN 20 a 98 (0,2 a 1,0) 1 a 4

MEDIA PRESIÓN 98 a 294 (0,1 a 3,0) De 4 a 12 o equipo

hidroneumático

ALTA PRESIÓN 294 a 588 (0,3 a 6,0) Más de 12 o equipo

hidroneumático

Tabla 1: Clasificación de las regaderas de acuerdo a su intervalo de presión.

* Contados a partir del depósito superior de agua.

INTRODUCCIÓN


16

En el presente trabajo se diseña una regadera de baja, mediana y alta presión dentro

de sus intervalos de presión más baja, es decir, para edificaciones de 4 a 12 niveles, el

termino, “ecológica”, se refiere a que se trabajara dentro de un límite inferior, sin exceder a

los 3.8 litros/minuto como se menciona en la norma, en la siguiente tabla se puede observar

el gasto mínimo y máximo especificado de acuerdo al tipo de regadera.

REGADERA

TIPO

LIMITE INFERIOR LIMITE SUPERIOR

Presión

kPa

(kgf/cm2)

Gasto

mínimo

l/min

Presión

kPa

(kgf/cm2)

Gasto máximo

l/min

BAJA PRESIÓN 20 (0,2)

4,0

98 (1,0)

10,0 MEDIA PRESIÓN 98 (1,0) 294 (3,0)

ALTA PRESIÓN 294 (3,0) 588 (6,0) Tabla 2: Gasto mínimo y máximo de acuerdo al tipo de regadera.

El diseñó de la pieza que se adoptara dentro la regadera, que llamaremos ahorrador

mecánico de agua, el cual estará compuesto de un empaque reductor de flujo, un resorte, y

una válvula para ahorro de está. Este dispositivo no permitirá el flujo de más de 3.8

litros/minuto para presiones hasta de 3 kgf/cm2.

Para cada componente de este dispositivo se realizara un análisis de deformaciones,

así como estas deben cumplir un determinado factor de seguridad para garantizar su buen

funcionamiento.

Se fabricará el mecanismo que va dentro la regadera, para posteriormente realizar

pruebas de acuerdo a la norma para comprobar que su funcionamiento sea correcto, y de

esta forma realizar la comparación con las que se encuentran en el mercado.

Por estas razones se propone un mecanismo que permita mejorar este tipo de

dispositivos, para tratar de mejorar el diseño ergonómico y el bajo consumo del vital

líquido.

ANTECEDENTES


17

Antecedentes

El trabajo fundamental de la investigación se refiere al diseño de una regadera para

obtener un mejor consumo de agua, en la consulta de una tesis para obtener el título de

ingeniero mecánico electricista, fue realizada por: Martínez Medina Mario, Mejía Vicente

Pascual y Milán García Oscar. En la Universidad Nacional Autónoma de México dentro de

la facultad de ingeniería en el año de 1999.

El objetivo de este trabajo fue el diseñar, fabricar y obtener su evaluación energética

y económica (ahorro de agua y energía eléctrica), esta regadera ahorradora seria usada en

baja y alta presión respectivamente en el sector doméstico en el DF.

Se utilizó la Norma NOM-066-SCFI-1994, donde se conocen los tipos de regaderas

en el mercado, y en base a ese estudio se selecciona la más comercial y ahorradora. Esta es

de la marca Helvex modelo H-600, se utilizaron 50 regaderas para realizar las pruebas de

su funcionamiento.

Esta regadera no cuenta con ningún ahorrador de agua, se obtienen como resultados

graficas de presión vs caudal y presión vs gasto.

Se debe considerar que esta no tiene un grado ecológico, los valores de caudal

sobrepasan los 10 litros/minuto para altas presiones.

JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO


18

Justificación del proyecto

Una regadera ahorradora protege las reservas de este líquido vital, lo que ayuda a

reducir las emisiones de contaminantes por generación de electricidad, así como a prevenir

el cambio climático al reducir quema de combustibles fósiles y sus beneficios además tiene

un impacto directamente en la economía doméstica.

Las regaderas ahorradoras de agua son uno de los artículos más rentables en términos

ecológicos y económicos. Reducen el consumo de agua en, al menos un 50% respecto de

una convencional y además en los hogares y en las casa habitación pueden reducir el

consumo de gas en alrededor de un 30%, y no sólo eso, sino que, al requerirse menor

bombeo de agua, también ahorran electricidad.

Así mismo debe contribuir a la preservación de los recursos no renovables del país,

ya que es necesario continuar con los esfuerzos encaminados al uso eficiente del agua

potable para el consumo humano, que permitan mantener y aumentar el suministro del vital

líquido a la población nacional.

En el mercado nacional existen diferentes tipos de regaderas para el aseo corporal de

fabricación nacional y extranjera, que requieren un alto consumo de agua para su

funcionamiento, por lo que es necesario reglamentar el gasto que suministran, desperdicios

innecesarios de la misma, sin que se pierda el confort de los usuarios.

OBJETIVOS


19

Objetivos

Objetivo General:

Diseñar una regadera ecológica de bajo consumo de agua.

Objetivos Particulares:

Diseñar todos los componentes del dispositivo que componen la regadera, se

ensambla y se realizan las pruebas correspondientes.

El diseño de la regadera permite que:

1. Tiene que ser ergonómica y de fácil manejo.

2. Sea segura, confiable y con un buen diseño estético.

3. El mantenimiento sea de bajo costo y sencillo.

La regadera no debe permitir un caudal mayor a 3.8 litros/minuto a presiones de 3

kgf/cm2.

Se debe diseñar en base a la norma NOM-008-CNA-1998 que establece las

especificaciones y métodos de prueba que deben cumplir las regaderas empleadas

en el uso corporal ahorradoras de agua.

Se deben presentar gráficas de presión vs caudal como resultado.

CAPÍTULO I. ESTADO DEL ARTE


20

CAPÍTULO I

Estado del Arte



21

Capítulo I. Estado del arte

1.1 Historia de la regadera para aseo corporal

Una regadera es un recipiente de metal, cerámica o plástico, por donde pasa agua para

convertir el chorro de agua en “ducha” y evitar la excesiva presión en la salida de la

regadera.

Se entiende como ducha o regadera (en México y Venezuela) al baño donde el agua

cae sobre el sujeto, estando de pie y sin producirse acumulación de agua, pues la usada se

dirige directamente al desagüe, debido a que no se tiene un contenedor para ser reciclada.

Las duchas se pueden usar tanto en cuartos de baño domésticos, como en duchas

públicas (cárceles, gimnasios, etc) y uso obligatorio en todas las piscinas públicas.

La acción de ducharse, se realiza normalmente en una bañera o plato de ducha, que

dispone de una manguera que se puede orientar con las manos o una parte fija sobre la

cabeza del usuario, donde se dispone de un cabezal que distribuye el agua en varios chorros

finos.

En los platos de ducha, generalmente están fijos sobre la cabeza del usuario, o se

disponen a lo largo de todo el cuerpo para duchas de hidromasaje, y generalmente protegida

por una mampara de cristal o metacrilato translúcido.

Las duchas usadas en las bañeras, tienen una manguera flexible, donde el usuario

orienta el cabezal a donde desee o puede fijarlo a la pared sobre su cabeza mediante un

soporte previamente instalado.

Sus orígenes se remontan a la antigua Grecia y al antiguo Egipto aunque la ducha

moderna se remonta al siglo XIX. Existe alguna evidencia de que los antiguos

egipcios y mesopotámicos pertenecientes a la clase alta poseían, en la intimidad de sus

hogares, ciertos espacios interiores, donde eran bañados por sus sirvientes. Sin embargo,

estos lugares eran muy diferentes de una ducha moderna, pues sólo tenían rudimentarios

sistemas de drenaje y el agua era transportada, y no bombeada, hasta la habitación.

La primera civilización que utilizó un tipo de instalación que hoy podríamos

considerar como una ducha fueron los antiguos griegos. Sus acueductos y su alcantarillado

hecho con tuberías de plomo permitían que el agua que se bombease hacia dentro y hacia

fuera de las grandes salas de duchas comunales utilizadas tanto por las élites como por los

ciudadanos comunes.

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22

Estas habitaciones han sido descubiertas en las excavaciones de la ciudad

de Pérgamo y también parecen estar representadas en la cerámica de la época. Las

descripciones son muy similares a un vestuario de ducha moderna colectiva, e incluso

poseían barras para colgar la ropa. Los antiguos romanos en su amor por todo lo griego

también siguieron esta costumbre. Sus famosas casas de baños se pueden encontrar en todo

el Mediterráneo llegando hasta Inglaterra. Los romanos no sólo tenían estos baños y

duchas, sino que los empleaban múltiples veces a la semana, incluso todos los días.

Después de la caída del Imperio Romano y el surgimiento del Cristianismo, la práctica de

lo que hoy se considera una buena higiene se convirtió en un tabú religioso y fue

abandonado casi por completo desde la Baja Edad Media hasta la época victoriana.

Los relativamente avanzados sistemas de abastecimiento de agua y saneamiento de

aguas residuales desarrollados por los griegos y los romanos rápidamente se deterioraron y

cayeron en desuso tras la caída de los grandes imperios. No fue hasta el siglo XIX cuando

fue posible reconstruir un sistema tan complejo y fiable como las cloacas griega y romana.

Las primeras duchas en la era moderna eran bloques autónomos donde el agua podía ser

reutilizada varias veces. En el siglo XIX (probablemente hacia 1810, aunque hay una cierta

contradicción entre las fuentes), la ducha tipo English Regency fue inventada de forma

anónima. El diseño original tenía más de diez pies de altura (más de dos metros), y estaba

hecha de varios tubos de metal pintados simulando el bambú. En la parte superior de la

unidad había un depósito conectado con estos tubos. El agua se salía a través de una

boquilla y caía sobre los hombros de los propios ocupantes antes de ser recogida y

bombeada de nuevo hasta el depósito superior. Este prototipo sufrió varias renovaciones

incluyendo modelos con bombeo manual, modelos con varios pulverizadores, y los que

poseían boquillas intercambiables. La reinvención de las tuberías de plomo para uso

interior sin excesivas fugas, alrededor de 1850, permitió que la duchas independientes

pudieran ser conectadas a una fuente de agua corriente, lo que facilitaba su uso. Además, el

aumento en el acceso al agua caliente hicieron el baño mucho más cómodo y popular. El

doctor Merry Delabost, jefe médico de la prisión Bonne-Nouvelle, de Ruan, inventó un

modelo mejorado de ducha hacia 1872, con el fin de darle a los presos una mejor higiene.

Se trataba de duchas colectivas, aunque el sistema de chorro era individual. En 1879 el

ejército prusiano hizo obligatoria la ducha entre sus soldados e instaló duchas comunes en

los barracones.

Incluso con las nuevas mejoras en su diseño, la ducha siguió siendo menos popular

que el baño en los países industrializados hasta la segunda mitad del siglo XX.

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23

1.2 Evolución de las regaderas

Figura 1: Pintura en una vasija griega (hacia 600 a. C.), ducha comunitaria.

Figura 2: Ducha antigua



24

Figura 3: cabina de ducha actual

Figura 4: Ducha comunitaria



25

Figura 5: Ducha de costilla

Figura 6: Duchas modernas y sofisticadas.



26

1.3 Rango de presión y niveles de edificación

Nuestro rango de presión es de 0.1kgf/cm2 hasta 3kfg/cm

2 equivalente a edificaciones

de 1 a 12 niveles, los valores de presión se obtienen de la siguiente forma.

Para medir que presión se tiene en un sistema hidrostático, se tiene que medir la

distancia existente desde la superficie de agua del tinaco, hasta la salida de la misma en la

regadera. Utilizando la ley de la hidrostática de variación de presión o de equilibrio de los

líquidos en reposo, que frecuentemente se escribe de la siguiente forma:

P=γ•h

En la cual h se mide verticalmente hacia debajo de una superficie liquida libre

(superficie de agua en el tinaco) y P es el aumento de presión referida a aquella en la

superficie libre, como se muestra en la siguiente figura.

Figura 7: Descripción de la Altura h de la Ley Hidrostática de Variación de Presión.

Por lo tanto, P=0.1 kgf/cm2, para 1 metro de edificación.

Un edificio de 12 m, tendrá 1.2 kgf/cm2, esto significa que es presión alta que va de 1.0 a

3.0 kgf/cm2, esta presión va desde el tinco localizado desde la azotea del edificio hasta el

departamento localizado en la parte baja, y va disminuyendo conforme los departamentos

se van acercando al tinaco.

Esto significa que los departamentos que estén más cerca del tinaco utilizaran una regadera

de baja presión, y los que se encuentren más alejados al tinaco, utilizaran una regadera de

alta presión, en nuestro diseño la regadera funciona para ambas situaciones. Si no se cuenta

con un tinaco, regularmente se utiliza una bomba de agua, ya sea en la misma edificación o

un sistema de bombeo municipal (por zonas), en estos casos la presión se mide con un

manómetro y se recomienda utilizar los rangos de presión que se especifican en la norma.

1 metro columna de agua (m.c.a.)=0.1 kgf/cm2



27

1.4 Tipos de regaderas ahorradoras de agua

Analizaremos algunas regaderas ahorradoras de flujo, así como el dispositivo que

contienen para reducir el flujo de agua, presentando algunas características de diseño para

cada regadera.

1.4.1 Regadera ahorradora SANPLOM

Tiene como característica principal un gasto de 9 litros/minuto generando un ahorro

de 55%, tiene un conector estándar fabricado en latón, una manivela para cambiar el tipo de

chorro, está fabricada en plástico ABS, de alta resistencia a la corrosión, este es un

producto ecológico con acabado cromado.

Figura 8: Regadera SANPLOM



28

En la figura siguiente se presenta el cuerpo de la regadera, este es el dispositivo más

importante y el que regula el caudal, en la parte del centro tiene una rosca, para conectar el

tornillo que va a sujetar las partes restantes de la regadera.

Figura 9: Dispositivo para reducir caudal, Regadera Samplom



29

1.4.2 Regadera para baño, modelo LAGUA

Es una regadera de fácil limpieza ahorradora de agua, con un gasto máximo de 10

litros/minuto. Se recomienda en casas de 1 a 4 niveles de edificación, y en un rango de

presión de 0.20 a 1.0 kgf/cm2, se recomienda utilizar regaderas para presión mediana para

una distancia mayor a 10 m. o en equipo hidroneumático.

Figura 10: Regadera LAGUA

Figura 11: Regadera LAGUA, intervalo de presión.



30

Análisis del dispositivo o elementos que generan la reducción de caudal:

Figura 12: Regadera LAGUA, vista del empaque O´ring.

En la figura anterior se muestra el O´ring del nudo móvil, en el nudo se encuentra una

reducción de diámetro, que le genera un menor flujo de agua, por lo tanto, el agua al salir

del nudo móvil tiene un incremento considerable de presión, posteriormente atraviesa el

cuerpo de la regadera hasta salir por la tapa distribuidora generando el chorro de agua

necesario para una ducha. La tuerca que conecta a la campana con el cuerpo de la regadera

se le llama tuerca de ajuste.

Figura 13: Regadera LAGUA, Campana y tapa distribuidora.

La tapa distribuidora que se encuentra dentro de la campana de la regadera contiene

pequeños orificios que generan el chorro de la ducha.



31

1.4.3 Regadera para baño AMANDA

Cuenta con grado ecológico, ahorra agua y gas hasta un 70%, cuyo gasto máximo es

10 litros/minuto.

Figura 14: Regadera AMANDA, con grado ecológico.

En general, las características son similares a la regadera LAGUA, la diferencia más

significativa la encontramos en la campana y tapa distribuidora que se muestran a

continuación.

Figura 15: Regadera AMANDA, Vista inferior de la tapa distribuidora.

Se observa que el diseño es diferente a la regadera LAGUA, pero ambos generan un

chorro de agua adecuado para el aseo corporal.



32

Ahora se observa la parte en donde se unen el cuerpo de la regadera con la campana,

tiene una distribución de orificios muy particular y diferente a la regadera anterior, pero

ambas genera una disminución de caudal y un aumento de presión que genera un chorro de

agua adecuado para la definición de chorro de agua.

Figura 16: Regadera AMANDA, vista superior de la campana de la regadera.

En esta vista se aprecia la distribución uniforme de los orificios de la tapa

distribuidora, estos siguen una circunferencia en dos capas, se muestra la tuerca de ajuste,

junto al empaque para eliminar fugas, el empaque se encuentra en la parte más baja del

cuerpo de la regadera, en la parte ultima del nudo móvil.

El nudo móvil cuenta con un empaque O´ring para eliminar cualquier tipo de fuga, y

permite girar la regadera libremente conforme el usuario la necesite, la diferencia más

notable en relación a la regadera SANPLOM es que esta regadera no cuenta con un

dispositivo para reducir el caudal y mucho menos con una manivela para variar el chorro

de agua, por estos detalles, la regadera SANPLOM es mucho más costosa que las regaderas

LAGUA y AMANDA.



33

1.4.4 Regadera plástico cromada

Precalibrado de fábrica para dar un gasto máximo de agua de 10 litros/minuto sin

importar la presión en la línea ó la apertura de las llaves.

Figura 17: Regadera ahorradora de Plástico Cromada

Dimensiones generales y geometría principal.

Figura 18: Dimensiones generales de la regadera ACH-11C

.



34

1.5 Tolerancias dimensionales

La inevitable variación en la obtención de las dimensiones de piezas procesadas por

medios mecánicos, hace indispensable el establecimiento de sistemas racionales que

permitan fijar los valores tolerables, entre los que debe estar comprendida una dimensión

dada.

En los inicios del desarrollo industrial, la fabricación por medios mecánicos se

fundamentaba en la habilidad artesanal de los técnicos de la época. Cada pieza importante

se terminaba y ajustaba según lo requerían las dimensiones de las piezas en que se

ensamblaba. Los procedimientos lentos y costosos no permitían el intercambio y

sustitución rápida de piezas que es la base de la producción industrial contemporánea.

Más adelante se consideró conveniente especificar tolerancias a las dimensiones más

importantes de cada pieza. De acuerdo con las funciones que deberían cumplir, cada

técnico conforme a su experiencia o a su intuición, estimaba y especificaba los límites

tolerables. Lógicamente lo que aun técnico le parecía “ajuste con juego”, a otro le parecía

más bien “amplio”.

Finalmente con el objeto de unificar criterios (finalidad de la normalización), se

formaron comités de diferentes países en la Organización Internacional de Normalización

(ISO), para estudiar y definir un sistema de uso internacional relativo a las tolerancias y

ajustes para piezas lisas.

Actualmente, aunque se siguen realizando revisiones a la recomendación ISO R

286/1973, la mayoría de los países industrializados la aceptan y utilizan comúnmente.

La versión mexicana de esta norma, se publicó en 1973, con el número NOM-

Z23/1973, mismo que se recomienda como documento de base de este tema.

1.5.1 Definiciones

1.5.2 Dimensión efectiva

La dimensión efectiva es la que se obtiene mediante la medición de la pieza, la

obtención de esta dimensión, lleva involucrada cierta incertidumbre, dependiendo de los

medios de que se disponga para hacer las mediciones, la incertidumbre será menor cuanto

mayor sea la exactitud de los instrumentos.



35

1.5.3 Dimensiones limite

Las dimensiones limite son las dimensiones extremas entre las que puede estar la

dimensión efectiva de la pieza.

Dimensión mínima. Es la menor de las dimensiones límite.

Dimensión Máxima. Es la mayor de las dimensiones límite.

Para que se considere buena una pieza, es necesario que su dimensión efectiva sea

mayor o igual que la dimensión mínima permitida y que a su vez sea menor o igual a la

dimensión máxima permitida.

Figura 19: Dimensión nominal, máxima y mínima.

1.5.4 Intervalo de tolerancia.

A la diferencia entre las dimensiones máximas y mínima, se le llama intervalo de

tolerancia.

INTERVALO DE TOLERANCIA= dimensión máxima – dimensión mínima.

1.5.5 Dimensión nominal

A la dimensión que se toma como referencia, se llama dimensión nominal.

La dimensión nominal no debe tener un valor arbitrario, convine que sea un número

normal (números basados en la serie Renard). Una buena razón para emplear estos números

al designar la dimensión nominal, es que al hacer la verificación, principalmente en

producción en serie, es muy cómodo y rápido usar calibres. Por ejemplo, calibres “pasa no

pasa” para piezas de sección circular, precisamente las dimensiones de los calibres

comerciales, se fabrican conforme a los números normales.



36

Ejemplo:

Considerando que por necesidades de funcionamiento, se requiere que el agujero del

soporte tenga una dimensión máxima de 62 mm y una dimensión mínima de 61.9 mm.

El intervalo de tolerancia sería:

IT=62-61.9=0.1 mm.

Las dimensiones anteriores de pueden escribir de muchas formas y significan

exactamente lo mismo, a continuación se presentan algunas formas de definir las

dimensiones de nuestro ejemplo:

Figura 20: Muestra las Dimensiones y Desviaciones.

1.5.6 Desviaciones

Son las cifras que indican, que tan alejadas están las dimensiones límite de la

dimensión nominal. Los valores de las desviaciones se anotan normalmente con números

más pequeños que el valor nominal.

Se llama DESVIACIÖN SUPERIOR a la diferencia entre la dimensión máxima y la

dimensión nominal.

Desv. Sup. > 0 Si: dim. Máx. > dim. Nominal

Desv. Sup. < 0 Si: dim. Máx. < dim. Nominal



37

La DESVIACIÖN INFERIOR la constituye la diferencia entre la dimensión mínima y la

dimensión nominal.

Desv. inf. > 0 Si: dim. mín. > dim. Nominal

Desv. inf. < 0 Si: dim. mín. < dim. Nominal

Tomando el ejemplo anterior:

Observando la ecuación anterior se tiene:

Dimensión máxima = 62

Dimensión mínima = 61.9

Dimensión nominal = 60

Desviación superior =62 – 60 = +2 Desviación inferior = 61.9 – 60 = +1.9

Esto es:

La anotación en el dibujo seguirá entonces la siguiente disposición:

Figura 21: Anotación de Dimensiones y Tolerancias.



38

1.5.7 Sistemas ISO de ajustes y tolerancias.

En general se refiere a las tolerancias dimensionales de piezas lisas y a los ajustes

correspondientes a su ensamble.

En lo sucesivo, los términos árbol y agujero definen respectivamente, el espacio

contenido y espacio continente entre dos caras (o planos tangentes) paralelas de una pieza

cualquiera. Las piezas pueden ser de sección cilíndrica (el caso más común) o cualquiera

otra forma, como ancho de una ranura, espesor de una chaveta, etc. Por sencillez y dada su

importancia, el sistema se desarrolla a partir de las formas cilíndricas.

Los valores de las dimensiones nominales se han agrupado en trece escalones que van

desde 3 mm hasta 400 mm (también comprende valores mayores a 500 mm hasta 3 150

mm, que no son objeto de este trabajo. Estos escalones están indicados en la primera

columna de la tabla siguiente.

Tabla 3: Intervalos de Tolerancia Fundamentales.



39

Con el objeto de satisfacer las distintas necesidades para cada escalón de dimensiones

nominales, se han previsto 18 valores distintos de intervalos de tolerancia, llamados

INTERVALOS DE TOLEREANCIA FUNDAMENTALES. Cada uno de estos valores

dados en micras, constituye la diferencia entre las dimensiones límite.

1 micra = 0.001 mm = 1 μm

Al grado de precisión necesaria se le llama CALIDAD, y se representa mediante un

número. En la tabla anterior se han indicado 18 calidades que en función de la dimensión

nominal, dan el correspondiente intervalo de tolerancia fundamental. Los primeros números

01, 0, 1, 2, representan tolerancias muy cerradas, los últimos representan tolerancias muy

amplias para trabajos corrientes.

En el ejemplo que deberá seguirse de la tabla anterior, se verá la relación que existe

entre la dimensión nominal, la calidad y la tolerancia.

Ejemplo: Para una dimensión nominal de 63 mm, perteneciente al escalón >50 a 80,

a la que se ha designado una calidad IT5, corresponde un intervalo de tolerancia de

13 μm = 0.13 mm.

1.5.8 La calidad y los procesos de fabricación.

Existen muchos factores que afectan la precisión que puede esperarse de un proceso

de fabricación o particularmente de una máquina herramienta. El estado de desgaste de sus

órganos componentes, la habilidad del operario, las características de las herramientas de

corte, y otras causas, determinan que los procesos de fabricación por maquinado, con

máquinas-herramientas tales como tornos paralelos, tornos revolver, tornos automatico,

fresadoras, cepillos, rectificadoras, permitan obtener calidades desde IT5 en adelante.

Con objeto de formarse una primera idea, se puede conservar la siguiente tabla, la

relación que guardan los diferentes procesos con las calidades IT del sistema.

Tabla 4: Tabla de Calidades con Respecto a las Máquinas



40

1.5.9 Posición de la tolerancia

En el sistema ISO, la tolerancia para cada escalón de dimensiones, puede tener 28

distintas posiciones, representada cada una por medio de letras: MAYUSCULAS

PARA AGUJEROS Y MINUSCULAS PARA ÁRBOLES.

En el caso de los agujeros, las primeras letras del alfabeto representan a la posición de

la tolerancia siempre por encima de la dimensión nominal como se muestra en la siguiente

figura.

El agujero H representa la posición de la tolerancia con desviación inferior nula. A la

línea que representa la dimensión nominal, se le llama línea de desviación nula o línea cero

como se muestra en la siguiente figura.

Figura 22: Nomenclatura de los Agujeros.



41

Los agujeros representados con las últimas letras, indican que su tolerancia está

siempre por debajo de la línea cero.

Figura 23: Posición Grafica de los Agujeros con Respecto a la Línea Cero.

En el caso de los árboles, las primeras letras del alfabeto representan a la posición de

la tolerancia siempre por debajo de la línea cero. El árbol h tiene desviación superior nula

(coincide con la línea cero).Los árboles indicados con las últimas letras del alfabeto

representan posiciones de la tolerancia siempre por encima de la línea cero.

Figura 24: Posición Grafica de los Arboles con Respecto a la Línea Cero.



42

1.5.10 Designación de la tolerancia

Al designar la tolerancia, primero se indica el valor de la dimensión nominal, después

la letra que representa la posición de la tolerancia y finalmente el número que indica la

calidad o grado de precisión necesaria:

DIMENSIÓN NOMINAL POSICIÓN DE LA T. CALIDAD

Ejemplo: 40 H7, corresponde a un agujero (letra mayúscula) cuya tolerancia tiene una

posición H, con una dimensión nominal de 40 mm y una calidad 7.

La tabla de tolerancias fundamentales indica los valores en micras de las desviaciones

para agujeros y arboles más usuales en mecánica general.

Siguiendo la tabla de desviaciones fundamentales a 40 H7 corresponden las

desviaciones

por lo que puede escribirse que: 40 H7 = 40

Observe que la dimensión mínima de este agujero es 40 mm, igual a la dimensión

nominal (desviación inferior nula).

1.5.11 Ajustes

El ensamble de dos piezas con la misma dimensión nominal, constituye un ajuste.

Dependiendo de la posición de la tolerancia en cada una, el ajuste puede ser:

Con juego: Se asegura siempre un juego ya que la zona de tolerancia del agujero está

enteramente por encima de la zona de tolerancia del árbol. Figura siguiente (a)

Incierto: Es un ajuste que puede dar a veces juego, a veces apriete ya que las zonas de

tolerancia del árbol y el agujero se traslapan. Figura siguiente (b)

Con apriete: Se asegura siempre un apriete ya que la zona de tolerancia del agujero está

enteramente por debajo de la zona de tolerancia del árbol. Antes del ensamble, el árbol es

más grande que el agujero. Figura siguiente (c).

Figura 25: Tipos de Ajuste en el Ensamble.



43

Sistema del agujero normal

En este sistema se toma como base el agujero H, y se logra el ajuste al combinarlo

con el árbol más indicado. Se obtiene un ajuste con juego, al combinar el agujero H con

cualquiera de los árboles a, b, c.... g.

Igualmente se logra apriete al combinar H con n, p, r, zc. Se dice que el ajuste será

exacto cuando se combine H con h.

Se obtiene cada vez menos juego a medida que el árbol se acerca a las posiciones g


Figura 26: Sistema del Agujero Normal.

Sistema del árbol normal

En este sistema se toma como base el árbol tipo h y se logra el ajuste deseado al

combinarlo con el agujero más indicado.

Se logra un ajuste con juego al combinar h con los agujeros A, B, C... G. El apriete se

logra al combinar h con los agujeros N, P, R, S.... ZC. Se muestra en la siguiente figura.

Figura 27: Sistema del Árbol Normal.



44

Los ajustes más utilizados son los del tipo AGUJERO NORMAL. Los montajes de

rodamientos y pernos guía requieren la aplicación del sistema del árbol normal.

En la Tabla siguiente se dan una serie de ajustes que se recomiendan para uso en

mecánica general.

Tabla 5: Ajustes Principales.

Al designar un ajuste, se indica primero la dimensión nominal (común a las dos

piezas), después la tolerancia para el agujero y finalmente la tolerancia para el árbol.

Figura 28: Forma de Designar a un Ajuste

Ejemplo. Sea 200 la dimensión nominal, H7 la tolerancia para el agujero y e6 la

tolerancia para el árbol, el ajuste lo podemos indicar:

200 H7/e6 ; 200 H 7 y 200 H7 - e6



45

1.5.12 Juego y apriete

En un ensamble en que la pieza continente (agujero), sea mayor que la pieza

contenida (árbol), se dice que entre ambas queda un juego.

Por definición, el juego es la diferencia entre la dimensión del agujero y la dimensión

del árbol.

Juego = Dimensión del agujero – dimensión del árbol

Dado que las dimensiones del agujero y del árbol varían entre límites tolerables, el

valor del juego también variará:

Juego máx. = dimensión máx. del agujero - dimensión min. del árbol

Jmáx= Dmáx – dmin

Juego min= dimensión min. del agujero- dimensión máx. del árbol

Jmin= Dmin - dmáx

Figura 29: Juego Máximo y Juego Mínimo.

En los ajustes con apriete, en los que el árbol es mayor que el agujero antes del

ensamble, se dice que el apriete es la diferencia entre la dimensión del árbol y la dimensión

del agujero.

Apriete = dimensión del árbol - dimensión del agujero.

Apriete máx = dimensión máx del árbol – dimensión min. del agujero

Amáx= dmáx – Dmin.

Apriete min.: dimensión min. del árbol – dimensión máx del agujero

Amin= dmin – Dmáx.

CAPÍTULO II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA


46

CAPÍTULO II

Planteamiento del

problema



47

Capítulo II. Planteamiento del problema.

2.1 Metodología

Aunque el proceso de diseño requiere mucha imaginación y creatividad, definir una

metodología estructurada, diseñar es formular un plan para la satisfacción de una necesidad

específica o resolver un problema. Si el plan propicia la creación de algo que tiene una

realidad física, entonces el producto debe ser funcional, seguro, confiable, competitivo, útil,

que se pueda fabricar y comercializar. Estas palabras, con este significado, tienen el fin de

transmitir lo siguiente:

Funcional: el producto debe cumplir con su necesidad propuesta y con las

expectativas del cliente.

Seguridad: el producto no debe de ser peligroso para el usuario, los

transeúntes o la propiedad circundante. Los peligros que no se pueden

“eliminar con el diseño” se resuelven con protección (un recinto protector; si

eso no es posible se proporcionan instrucciones apropiadas o advertencias.

Confiable: la confiabilidad es la probabilidad condicional de que, a un nivel

de confianza dado, el producto realizara su función propuesta en forma

satisfactoria, o sin falla durante el lapso de vida establecido (útil).

Competitivo: el producto es un contendiente en su mercado.

Útil: el producto es “amigable para el usuario” y se acomoda al tamaño,

resistencia, postura, alcance, fuerza, potencia y control humano.

Se puede fabricar: el producto se reduce a un número mínimo de partes que

resulta adecuado para la producción en masa, y sus dimensiones, distorsión y

resistencia están bajo control.

Se puede comercializar: el producto se puede comprar y se dispone de

servicio (reparación).

Dado que nuestro problema es un ejemplo claro de diseño mecánico, se utilizara la

metodología clásica del diseño mecánico cuya tarea fundamental es crear lo que no existe.

Se realizaran todas las fases de diseño.

En la figura siguiente se muestra un esquema gráfico muy útil para identificar

plenamente la entrada y salida del proceso de diseño, es decir, parte de una necesidad, y se

debe tener conocimientos técnicos para poder entrar al proceso de diseño que comprende

componentes y conectividad, geometría y tolerancias, el proceso de manufactura,

tratamientos termomecánicos etc., y con todo esto obtenemos como resultado final los

planos y especificaciones de la solución de nuestra necesidad.



48

Figura 30: Entrada y salida del proceso de diseño.

Se seguiran todas y cada una de las fases de diseño, que son las siguientes:

2.2 Fases del diseño mecánico

2.2.1 Fase I. Reconocimiento de la necesidad.

Con frecuencia constituye un acto muy creativo, porque la necesidad solo sea una

vaga inconformidad, un sentimiento de inquietud o una detección de que algo no está bien.

La necesidad a menudo no es evidente del todo; el reconocimiento se acciona por una

circunstancia adversa muy particular o por un conjunto de circunstancias aleatorias que se

originan casi de manera simultánea. Esta necesidad debe ser sencilla, muy breve y sin

detalles.

2.2.2 Fase II. Definición del problema.

Esta debe incluir todas las especificaciones para lo que se va a diseñar. Las

especificaciones son cantidades de entrada y salida, las características y dimensiones del

espacio que lo diseñado debe ocupar y todas las limitaciones sobre estas cantidades.

Podemos considerar a lo que se va a diseñar como algo dentro de una caja negra. En este

caso debemos especificar las entradas y salidas de la caja, junto con sus características y

limitaciones.



49

2.2.3 Fase III. Síntesis

La síntesis se basa en gran parte en el talento, en esta iteración se forma el conjunto

de especificaciones. Hemos notado y lo debemos hacer una y otra vez, que el diseño es un

proceso iterativo en el cual procedemos a través de varios pasos, evaluando los resultados y

luego regresamos a una fase inicial del procedimiento.

De esta manera se puede sintetizar varios componentes de un sistema, analizar y

optimizarlos y regresar a la síntesis para ver qué efectos tiene sobre las otras componentes.

En esta fase también se seleccionan los materiales a utilizar, de forma similar se

comienza a utilizar el CAD para realizar modelos en 3D y seguir disminuyendo la

abstracción de la idea o desecharla.

2.2.4 Fase IV. Análisis y optimización.

El análisis y la optimización requieren que construyan o inventen modelos abstractos

del sistema que admitirá alguna forma de análisis matemático, a estos modelos se les llama

“modelos matemáticos”, al crearlos espera que se encontre uno que simule muy bien al

sistema físico real.

Una vez que el análisis haya terminado con éxito, se procede a seleccionar los

componentes y piezas que no se van a diseñar pero se van a adquirir ya fabricados, un

ejemplo seria piezas estándar como tornillería.

2.2.5 Fase V. Evaluación.

La evaluación es una fase significativa del proceso de diseño total. Esta evaluación

representa la prueba final de un diseño exitoso, la prueba de un prototipo en el laboratorio,

aquí se decide si el diseño en verdad satisface las necesidades, si es confiable, y competirá

con productos similares.

2.2.6 Fase VI. Presentación

Prácticamente la presentación comprende la exposición del trabajo de diseño, es

prácticamente una venta.



50

La presentación engloba en forma resumida todo el trabajo realizado, es decir, todos y

cada uno de los puntos que se tomaron en cuenta en el diseño, el expositor deberá presentar

razones por las cuales su proyecto es confiable y cumple con los objetivos planteados,

deberá presentar de forma puntual una conclusión general del proyecto, así mismo se

mencionaran los posibles trabajos futuros que puedan realizarse a este proyecto.

La siguiente figura nos muestra la metodología que se llevara a cabo para el diseño de

la regadera de bajo consumo de agua, “ecológica”, las fases de diseño que reconoce las

muchas retroalimentaciones e iteraciones.

Figura 31 : Fases del diseño mecánico

2.3 Enunciado de la necesidad y delimitación del problema.

El primer paso dentro del diseño mecánico es identificar plenamente la necesidad o el

problema que se desea solucionar o satisfacer y expresarla en una frase que se pueda

recordar, usar como guía al momento de la toma de decisiones. Se debe tratar de completar

la frase: “lo que se necesita es…..”. El enunciado de la necesidad debe completar la frase

de forma clara y breve, de manera que se pueda entender cuál es el objetivo del proyecto.



51

Siguiendo la estrategia del diseño, para este problema en particular complementamos

la frase como sigue: “Lo que se necesita es una regadera ecológica de bajo consumo de

agua”. Entonces tenemos como necesidad la regadera y como objetivo diseñarla y llevar a

cabo pruebas de operación para comprobar que su funcionamiento sea correcto.

Es problema se delimita añadiendo restricciones y limitantes al enunciado de la

necesidad, es necesario tener en mente cuando se considerará la necesidad satisfecha y

cuando la solución es insatisfactoria. Una vez delimitados los conceptos, estos se

descomponen en problemas sencillos utilizando la técnica de bloques o el concepto de caja

negra. Es también necesario limitar las tareas de diseño, es decir, que se va a diseñar y que

se puede adquirir ya fabricado. Se deben distinguir también los fenómenos que requieren de

ingeniería, de aquellos que con criterios y consideraciones pueden ser diseñados.

Del enunciado de la necesidad se delimitan los conceptos de: regadera, ahorrador

automático de agua, presión de agua y pruebas de operación mediante una tabla. La tabla

nos dará una idea clara de lo que se quiere crear, este es el propósito de la delimitación del

problema: llevar de una idea o un enunciado a un objeto, sistema, o proceso imaginable. La

delimitación de los conceptos evita que la imaginación vaya a lugares fuera de los criterios

de diseño o de lo físicamente posible. Se presenta la tabla con los conceptos, debajo de

ellos las restricciones que lo rigen.



52

Conceptos

Regadera Ahorrador automático de agua Presión del agua Pruebas de funcionamiento

Operación manual Dimensiones adecuadas para ir dentro la

regadera

Soporta baja, media y alta

presión Realizar la instalación hidráulica

Bajo mantenimiento Fácil de limpiar Máximo 3 kg/cm2 Obtener gráficas presión vs caudal

Fácil manejo Resorte

Tamaño común en el

mercado Pieza: regulador de caudal

Máximo 3.8 l/min

Tabla 6: Conceptos tomados del concepto de la necesidad

Teniendo claros los conceptos anteriores, procedemos a discretizar cada concepto en

sistemas, bloques o cajas negras que en conjunto realicen la función completa que el

concepto describe. En esta etapa no es preocupación resolver cada bloque, si no imaginar

todos los bloques necesarios para satisfacer el concepto. Los bloques se categorizan en la

forma en que estos serán diseñados o por el tipo de tarea que representa su solución.

Además es necesario visualizar en que se convierte el bloque al ser solucionado, pudiendo

ser un sistema mecánico, un sistema eléctrico, un manual de usuario o una capacitación por

mencionar algunos ejemplos, se enlistan los bloques de cada concepto en la siguiente tabla:

Tabla de bloques por concepto

Concepto Bloque Tipo de Tarea Resultado

Regadera

Conexión de la unión Diseño Mecánico Sistema Mecánico

Empaque del nudo móvil Diseño Mecánico Sistema Mecánico

Nudo móvil Diseño Mecánico Sistema Mecánico

Cuerpo de la regadera Diseño Mecánico Sistema Mecánico

Campana Diseño Mecánico Sistema Mecánico

Tapa distribuidora Diseño Mecánico Sistema Mecánico

Tornillo Diseño Mecánico Sistema Mecánico

Empaques O'ring Investigación y pruebas Fichas técnicas de O'ring

Ahorrador automático

de Agua

Válvula para ahorro de agua Diseño Mecánico Sistema Mecánico

Resorte Investigación y pruebas Fichas técnicas de resortes

Empaque de paso de flujo Diseño Mecánico Sistema Mecánico

Presión del agua Instalación Hidráulica Investigación y pruebas Manual de usuario y

capacitación.

Pruebas de

Funcionamiento

Instalación Hidráulica Investigación y pruebas Manual de Usuario

Gráficas de presión vs caudal Investigación y pruebas Conclusiones finales

Tabla 7: tabla de bloques y sus respectivas tareas.

Para limitar las tareas de diseño de cada bloque se utilizan varias estrategias mentales,

siendo la más común los cuestionamientos: ¿En que no puedo o no debo profundizar? ¿Qué

componentes puedo conseguir ya fabricados? ¿Qué puedo aproximar y que puedo diseñar?

El responder correctamente a estas preguntas permite ahorrar tiempo y esfuerzo al

momento de diseñar y se ve reflejado económicamente en la fabricación. Las respuestas

estos cuestionamientos constituyen los criterios y consideraciones de diseño, estos se

exponen en lo que sigue, conocido como diseño conceptual.



53

2.4 Diseño conceptual y consideraciones de diseño

El diseño conceptual (también llamado invención del concepto) es una de las

herramientas más utilizadas en la etapa de Planteamiento; consiste en imaginar posibles

soluciones de manera general, sin entrar en detalles, que logren satisfacer la necesidad. El

diseño conceptual es un proceso empírico y poco formal donde se usan los conocimientos

obtenidos de la investigación inicial y el acervo cultural del individuo para plasmar una

idea central que logre resolver la problemática.

El diseño conceptual se puede llevar a cabo de distintas formas dependiendo de

aquello que se está concibiendo; es distinto imaginar un producto de consumidor promedio

a imaginar un proceso de planta industrial, por mencionar un ejemplo. El desarrollo del

proceso es muy parecido ya que toda nueva invención tiene algo en común: el Hombre. Se

pretende que el ambiente en donde se realice el diseño conceptual sea un espacio de

libertad y posibilidad para permitir a las ideas florecer, estando detrás de la cortina el orden

y la estrategia. Aquí entran también las filosofías de diseño, muy comunes en los

electrodomésticos y juguetes donde los criterios y consideraciones de diseño son enfocados

al usuario, mientras que en maquinaria están enfocados a la eficiencia y producción. En esta

etapa es común usar dibujos a mano alzada, croquis y notas de todo aquello por investigar o

condiciones por considerar.

Anteriormente, se discretizó el problema en varios bloques generales a partir de cada

concepto y se delimitó cada uno a lo que se desea. A continuación se describe el proceso de

diseño conceptual de cada uno de los bloques que constituyen la visión global de la

máquina. Cada bloque será descrito brevemente y se resumirá en una tabla sus

consideraciones de diseño y las primeras decisiones a priori.

2.4.1 Conexión de la unión

Esta pieza unión es la encargada de crear la conexión entre la regadera y la

instalación hidráulica o la tubería, debe tener una cuerda para tubo RCT (NPT)de diámetro

nominal de 13mm(½”), con un paso de 14 hilos/25.4mm (14 hilos por pulgada), dentro del

diseño se debe contemplar una geometría que nos permita tener un par de apriete de 5 N-m,

ya que esta regadera se podrá conectar de forma manual utilizando una herramienta (perico)

para apretar la tuerca y con esto prevenir fugas de agua en esta conexión.



54

Bloque: Conexión de la unión

Consideraciones y Criterios de Diseño de:

Ingeniería Usuario

Simple y económico Fácil de usar

Robusto y de larga vida Ergonómico

Manual, fuerza de operador debajo

de 200 N

De poca fuerza física

Preciso Cómodo para repeticiones

Resistente al desgaste Poco impacto visual

Par de apriete de 5 N/m

Bajo y fácil mantenimiento

Tabla 8: Consideraciones de diseño para la conexión de la unión.

2.4.2 Empaque del nudo móvil

La finalidad de este empaque es evitar cualquier tipo de fuga de agua, es decir, son

elementos de hule o plástico destinados a mantener la hermeticidad en esta parte de la

regadera durante su funcionamiento.

Bloque: Empaque del nudo móvil


Ingeniería Usuario

Simple y económico Poco impacto visual

Catálogo de O'rings Fácil para girar

Preciso

Resistente al desgaste

Bajo y fácil mantenimiento

Tabla 9: Consideraciones de diseño para el empaque del nudo móvil

2.4.3 Nudo móvil o articulación

Es la parte o componente de la regadera que sirve para dirigir el haz de lluvia a

diferentes direcciones.

Bloque: Nudo móvil o articulación


Ingeniería Usuario

Simple y económico Poco impacto visual

Bajo y fácil mantenimiento Ergonómico

Preciso Fácil de manejar


Tabla 10: Consideraciones de diseño para el nudo móvil.

2.4.4 Cuerpo de la regadera

Esta pieza es particularmente importante, ya que dentro de ella se encuentra el

ahorrador automático de agua, el cual en forma automática se accionara y limitara el caudal

que pase a través de ella, el cuerpo de la regadera se conecta con el nudo móvil, sujetando a

la campana de la regadera, entre ellas se coloca un O'ring para eliminar cualquier fuga de

agua, en la parte inferior se coloca la tapa distribuidora, y se sujeta mediante un tornillo de

cabeza plana, de esta forma el cuerpo de la regadera se convierte en un pieza esencial ya

que conecta la mayoría de las partes de la regadera.



55

Bloque: Cuerpo de la regadera


Ingeniería Usuario

Geometría correcta Poco impacto visual

Alta precisión en el diseño Ergonómico

Resistencia al desgaste Fácil de manejar

Facilidad de ensamblar

Buen acabado

Tabla 11: Consideraciones de diseño para el cuerpo de la regadera.

2.4.5 Campana de la regadera.

Esta pieza debe de tener como característica principal la de ser ergonómica y estética,

ya que será la carta de presentación de esta regadera, dentro de ella encontramos el cuerpo

de la regadera, en la parte superior se conecta con el nudo móvil y en la parte inferior se

conecta con la tapa distribuidora.

Bloque: Campana de la regadera


Ingeniería Usuario

Geometría practica Alto impacto visual

Buen acabado Ergonómico

Resistencia al desgaste Fácil de manejar


Tabla 12: Consideraciones de diseño para la campana de la regadera.

2.4.6 Tapa distribuidora

La tapa distribuidora está formada por tres anillos concéntricos con orificios u otro

diseño, forma parte de la regadera y tiene como función formar el haz de lluvia, es decir,

forma el chorro de agua que nos permite bañarnos, este diseño nos debe ser fácil de

desarmar para una limpieza o simplemente un mejor ajuste de la tapa.

Bloque: Tapa distribuidora


Ingeniería Usuario

Geometría precisa Alto impacto visual

Buen acabado Ergonómico

Orificios que aumenten la presión

de salida

Fácil de manejar

Facilidad de ensamblar Buen chorro de agua

Tres anillos concéntricos

Tabla 13: Consideraciones de diseño para la tapa distribuidora

2.4.7 Tornillo

El tornillo es un accesorio de la regadera, ya que puede ser agregado o removido de la

regadera, su función principal es sujetar a la tapa distribuidora con el cuerpo de la regadera,

debe ser un tornillo convencional, y debe proporcionar un buen apriete para asegurar que la

tapa distribuidora permanecerá en la misma posición durante su operación.



56

Bloque: Tornillo


Ingeniería Usuario

Tamaño comercial Muy practico

Precisión en la cuerda Fácil de apretar

Geometría adecuada al área de

trabajo

Fácil de ensamblar

Facilidad de ensamblar Geometría convencional


Tabla 14: Consideraciones de diseño para el tornillo.

2.4.8 Empaques O‟ ring

La regadera tendrá tres O‟ ring, uno en la conexión de la unión, otro en el nudo móvil

y el ultimo entre la pata distribuidora y la campana, estos O‟ ring son elementos de hule o

plástico, destinados a mantener la hermeticidad en la regadera.

Bloque: Empaques O ̀ ring


Ingeniería Usuario

Dimensión y tamaño comercial Muy practico

Hule o plástico Ergonómico


trabajo

Fácil de ensamblar


Mantener hermeticidad

Tabla 15: Consideraciones de diseño para los empaques O‟ ring

2.4.9 Válvula para ahorro de agua

Esta pieza es de suma importancia, ya que recibirá toda la presión del agua, esta pieza

debe considerar en su diseño un material con muy poco peso, ya que la válvula empujara a

un resorte que regularan el flujo de agua.

Bloque: Válvula para ahorro de agua


Ingeniería Usuario

Diseño preciso Muy practico

Material ligero Ergonómico


trabajo

Fácil de ensamblar

Resistente a la presión Poco impacto visual

Accionamiento automático

Tabla 16: Consideraciones de diseño para la válvula para ahorro de agua

2.4.10 Resorte

Este resorte será un resorte helicoidal resistente a fuerzas de compresión, cuya

geometría y dimensiones deberán ser adecuadas para ensamblarse con la válvula para

ahorro de agua.



57

Bloque: Resorte


Ingeniería Usuario

Diseño preciso Buena resistencia a compresión

Material ligero y resistente Ergonómico

Tiene que ser helicoidal cónico Fácil de ensamblar Trabajar a compresión Poco impacto visual

Resistencia al desgaste

Tabla 17: Consideraciones de diseño para el resorte

2.4.11 Empaque de paso de flujo

Este empaque es la pieza de mayor importancia de la regadera, ya que controlara al

paso del agua, dependiendo del diámetro interno, será la cantidad de caudal que pase través

del resorte, este diámetro interno se disminuiría con ayuda de la válvula para ahorro de

agua y el resorte, formando en conjunto el ahorrador automático de agua.

Bloque: Empaque de paso de flujo


Ingeniería Usuario

Diseño preciso Alto impacto visual

Hule o plástico Acabado fino

Diámetro interno preciso Fácil de ensamblar Resistencia al desgaste

Espesor controlable

Tabla 18: Consideraciones de diseño para el empaque de paso de flujo.

Nota: La instalación hidráulica y las pruebas de funcionamiento se llevaran a cabo de

acuerdo a la norma: NOM-008-CONAGUA-1998.



58

2.5 Presentación de la propuesta

Con el propósito de que el lector comprenda y visualice los componentes y el

producto final a medida que se explica su diseño en el capítulo III, se presenta el modelo

final, el modelo final con transparencia y una vista explosionada de la regadera.

Figura 32: ES-113



59

Figura 33: ES-113, Corte de Sección

Figura 34: Presentación previa: Ecologycal Shower Modelo 113



60

Figura 35: Presentación Previa: Vista con Transparencia ES-113



61

Figura 36: Presentación Previa: Vista Explosionada ES-113

CAPITULO III. INGENIERÍA DE DISEÑO


62

CAPÍTULO III

Ingeniería De Diseño



63

Capítulo III. Ingeniería de Diseño

Diseñar es formular un plan para la satisfacción de una necesidad específica o la

resolución de un problema. El plan tiene el propósito de crear aquello que no existe, es

decir concretar la creatividad y el conocimiento en una realidad física. El diseñador debe

usar un pensamiento estructurado de manera que cálculos, consideraciones de diseño, y la

toma de decisiones lleven a un diseño funcional, seguro, confiable, competitivo, que se

pueda fabricar y vender.

Todo diseño posee limitantes y restricciones; cosas que pueden o no pueden lograrse;

actividades que deben, pueden o se prohíben realizar. El diseñador debe tener esto en mente

por lo que se recurre a una máxima del diseño:

“El Diseño

(Se sujetara a ciertas restricciones de la resolución del problema)

Un componente, sistema o proceso que realizará una tarea específica

(Sujeta a ciertas restricciones de solución)

Óptimamente.

El diseñador debe repetirse a sí mismo esta máxima (y no únicamente esta, existen

muchas frases de ayuda) para no perder de vista el objetivo.

La ingeniería ha desarrollado técnicas y estrategias que permiten el desarrollo de la

creatividad para mejorar la toma de decisiones y enfrentar la incertidumbre. Esta es el

principal enemigo del ingeniero; este se vale de la experiencia, habilidades y herramientas

para tomar decisiones que bien pueden ser funcionales o no. Se deben equilibrar estos tres

aspectos para no caer en errores; por ejemplo un exceso de conocimiento o habilidad puede

entorpecer el avance del diseño; confiar demasiado en los CAD puede ser incomodo debido

a que se basa en simulación, sin considerar los aspectos físicos del material.

Cada etapa del diseño posee ciertos lineamientos y estrategias que ayudan al

diseñador a concretar la tarea. Si bien la incertidumbre está presente, se puede defender el

diseño con los conocimientos adquiridos al momento de estar diseñando. En el capítulo III

se describen las etapas de diseño de Síntesis, Análisis y Optimización; que son los pasos a

seguir en la ingeniería.

Habiendo detectado la problemática de cada bloque sujeto a diseño, así como enlistar

todas las consideraciones y criterios del modelo o prototipo, se procede formalmente a

plasmar las ideas en dibujos y modelos de ingeniería.



64

El diseño conceptual que parte de la imaginación y de cierta libertad va siendo

moldeado por la ingeniería hasta algo tangible; es decir el conocimiento científico y la

habilidad ingenieril van dando la forma real a aquello que se estaba imaginando.

En este apartado, se plantea la solución a cada bloque del modelo sujeto a diseño. Se

incluyen todos los cálculos que fueron necesarios para el dimensionamiento así como la

descripción del proceso de este, los criterios y decisiones que se tomaron para lograr la

solución del bloque. El proceso no fue realizado necesariamente en el orden que se

presenta, pero se aproxima mucho a la realidad. Las tareas de diseño que van íntimamente

ligadas con las de otros bloques fueron simultáneamente o alternadamente realizadas. El

diseño de un bloque no puede avanzar si se requiere de más información que únicamente

puede proporcionar el avance de otro bloque. Claro es que no todas las decisiones son

hechas en base a cálculos y operaciones determinísticas, sino que también se realizaron un

conjunto de decisiones a priori. Estos detalles se indicarán a lo largo del desarrollo de cada

bloque.

Los modelos en tres dimensiones se realizaron utilizando el software SolidWorks

2010, así como su plataforma para análisis de elementos finitos CosmosWorks

(Simulation), ambos paquetes de Dassault Systemes. El diseño mecánico asistido por

computadora auxilió este proyecto principalmente en la proyección de piezas y

componentes, facilitando además el dimensionamiento de los mismos en aquellas cotas que

no van sujetas a esfuerzos significativos. No todos los modelos o sub-ensamblajes son

sujetos a análisis por métodos de elementos finitos, esto se reserva para componentes y

sistemas críticos donde exista incertidumbre o se necesite revisar valores de esfuerzo,

deformación y temperatura. Los sub-ensamblajes y el ensamblaje principal proporcionan

información del movimiento y la forma de trabajo del sistema. El cálculo de interferencias

entre componentes, animaciones y la apariencia general del componente (color,

iluminación, acabado) se realizan también en el ambiente de diseño de ensamblaje. De

igual forma, se presentarán gráficos e imágenes explicando brevemente la información y la

decisión que auxilió a tomar.



65

3.1 Conexión de la unión

Es la parte del cuerpo de la regadera que la interconecta a la instalación hidráulica,

esta pieza se fabricó de aluminio por su facilidad para maquinar y pulir, la geometría y las

dimensiones correspondientes son estándar, es decir, son tomadas de las regaderas

comerciales.

Especificaciones

La conexión de la unión debe ser compatible con la rosca de tipo cónica para tubo

NPT. Al verificarse con un patrón para roscas “pasa no pasa”, la penetración en la conexión

debe quedar dentro de la zona de aceptación. Todas estas especificaciones son en base a la

norma.

Para realizar la cuerda de la conexión de la regadera para tubo NPT de diámetro

nominal de 13 mm (1/2”), con un paso de 14 hilos/25.4 mm /14 hilos por pulgada,

utilizamos un machuelo cónico de ½ NPT con 14 hilos por pulgada como se muestra en la

siguiente figura.

Figura 37: Machuelo de ½ NPT Para la Conexión de la Unión.



66

Figura 38: Proceso de Maquinado Para la Rosca Interior Cónica de la Conexión de la Union.

Para maquinar la pieza utilizamos un torno paralelo con una calidad IT de 7, y para

realizar los planos se utilizó una fresadora vertical con una calidad IT de 7.

El maquinado de la rosca interna cónica utilizamos un machuelo de NPT ½”-14, se

pueden montar en tornos o taladros de manera que la potencia de giro este en la pieza o en

la herramienta respectivamente, en nuestro caso se hizo la rosca de forma manual utilizando

un maneral.

La conexión de la unión es una pieza importante, ya que contendrá al nudo móvil,

entonces la parte en donde se alojara el nudo móvil debe presentar un ajuste, este se detalla

a continuación.

Puesto que la calidad IT de las máquinas utilizadas en su manufactura es de 7, y

utilizando el sistema de agujero normal que tiene como base el agujero H, entonces para

producir el ajuste requerido, basta con buscar una combinación correcta de un árbol de

acuerdo a nuestras necesidades, teniendo las siguientes características y decisiones a priori:

Utilizar sistema del agujero normal

Ajuste con juego pequeño

El ajuste seleccionado es: H7/g6, se sabe que la dimensión nominal es 18.50 mm.

La tolerancia de la pieza contiene, conforme a la información contenida en la tabla de

tolerancias para agujeros será:

18.5 H7 = 18.5



67

Las dimensiones y geometría general son las siguientes.

Figura 39: conexión de la Unión, geometría y dimensiones principales.

Dando como resultado la siguiente pieza maquinada y modelada en Solidworks.

Figura 40: Conexión de la unión; pieza final.



68

3.2 Empaque del nudo móvil

Este tipo de empaque se consigue en tiendas donde vendan artículos para tubería y

conexiones, en este caso se consiguió en el surtidor de observatorio.

El Surtidor de Observatorio S.A. de C.V. es una compañía mexicana que presta sus

servicios desde 1960, especializada en la venta y distribución de toda clase de muebles para

baño y cocina, recubrimientos, tubería y conexiones.

En la siguiente figura se muestra el empaque de hule para nudo de regadera.

Figura 41: Empaque de hule para nudo de regadera.

A continuación se muestra la geometría y dimensiones principales.

Figura 42: Empaque de la Conexión de la Unión, dimensiones principales.

Teniendo el empaque que se dibujó utilizando Solidworks y el que se utilizó.

Figura 43: Empaque del nudo móvil; pieza final.



69

3.3 Nudo móvil

La geometría así como las dimensiones de esta pieza son estándar, es decir, el nudo

móvil tiene las características similares a cualquier nudo móvil de algunos tipos de

regaderas convencionales. En la siguiente figura se muestra la geometría y las dimensiones

de la pieza final, el material utilizado es el Aluminio 6061-T6.

Recordamos que la conexión de la unión tiene un sistema del agujero normal, donde

el ajuste es H7/g6 para un ajuste con juego pequeño, entonces tenemos:

La tolerancia de la pieza contiene (Conexión de la Unión)es:

18.5 H7 = 18.5

La tolerancia de la pieza contenida (Nudo Móvil), conforme a la información contenida en

la tabla de desviaciones para arboles es:

18.5 g6 = 18.5

En la parte superior del nudo móvil se aprecian dos pequeñas entradas, son para

colocar un desarmador de cabeza plana para sostener la pieza en el momento de realizar el

apriete de la siguiente pieza, que es el cuerpo de la regadera. La cuerda fue realizada con

una tarraja de NF ½”-20.

Figura 44: Tarraja utilizada para la cuerda del nudo móvil.



70

La geometría y dimensiones finales son:

Figura 45: Nudo Móvil, Dimensiones Principales.

En la siguiente figura se muestra la pieza dibujada en Solidwords y la pieza maquinada.

Figura 46: Nudo móvil, pieza final.



71

3.4 Cuerpo de la regadera

Esta pieza es muy importante, ya que contiene el dispositivo mecánico de ahorro de

agua, es decir, dentro de esta pieza se encuentra el resorte, la válvula y el empaque reductor

de flujo, estas tres piezas tienen la función principal de reducir el caudal, permitiendo un

caudal máximo de 3.8 litros/minuto.

En la parte superior tendrá una cuerda de NF ½”-20, que se conectara con la cuerda

externa del nudo móvil, entre ellos primero va la campana de la regadera, después un o´ring

y a continuación el cuerpo de la regadera que sujetara todas estas piezas, y al colocarle el

o´ring se impide fuga de agua en medio las piezas.

Figura 47: Proceso de Maquinado para el Cuerpo de la Regadera.

En la parte inferior de esta pieza se realizó una cuerda interna de con un machuelo de

NC ¼”-20, para sujetar a los tres aros concéntricos de la tapa distribuidora con ayuda de un

tornillo de cabeza plana.



72

Figura 48: Cuerpo de la regadera, cuerda interna, machuelo ¼ NC 20

Para poder realizar un apriete se realizaron dos pequeños planos con la fresadora, de

tal forma que se utiliza una llave o un perico para apretar esta pieza con el nudo móvil.

Entre ambos planos se realizó un barreno de 7.4 mm, de diámetro por donde saldrá el agua

después de haber pasado por el reductor de flujo.

En la siguiente figura se muestran las dimensiones y la geometría final.

Figura 49: Dimensiones Generales, Cuerpo de la Regadera.

Figura 50: Cuerpo de la regadera, pieza final.



73

3.5 O‟ ring del cuerpo de la regadera

Este tipo de empaques se encuentran en algunas ferreteras o en establecimientos

donde vendan productos para tubería o baño, las dimensiones y la geometría general se

muestra a continuación.

Figura 51: Dimensiones y geometrías Generales; O´ring del Cuerpo de la Regadera.

El o´ring que se utilizó y el que se dibujó en solidworks se muestra a continuación.

Figura 52:O´ring del cuerpo de la regadera, pieza final.



74

3.6 Válvula para ahorro de agua

Las geometrías principales se muestran a continuación, se hace énfasis en que esta

pieza es de suma importancia, ya que su peso influye directamente en el funcionamiento del

resorte, y su geometría influye de forma directa en la cantidad caudal que permitirá pasar el

dispositivo ahorrador de agua, para la fabricación y diseño de esta pieza se deben tomar en

cuenta las siguientes consideraciones:

Utilizar un material ligero

Geometría lo más sencilla posible

Cumplir con las necesidades del diseño.

En un principio se utilizó nylamid para fabricarlo, por ser un material ligero, este

puede trabajar en agua, solo que al momento de maquinar, el material se calienta y se

vuelve demasiado dúctil, lo que prohíbe tener una buena exactitud en las dimensiones,

incluso puede llegar a fracturarse, como se muestra en la siguiente figura.

Figura 53: Válvula para Ahorro de Agua, material: Nylamid.

Debido al problema anterior se utilizó aluminio y latón, ambos materiales son

perfectamente maquinables, el material que fue seleccionado es Aluminio 6061-T6, por ser

más ligero que el latón. Enseguida se muestra la geometría de la válvula, en donde se

aprecia en la parte superior un pequeño escalón para detener al resorte, y en la parte inferior

una parte cónica que entrara en el empaque reductor de flujo, ese movimiento se regula con

la ayuda del resorte a compresión.



75

Figura 54: Válvula para Ahorro de Agua, Material: Aluminio 6061-T6

Tenemos la pieza que fue maquinada, y la pieza dibujada en Solidwords.

Figura 55: Válvula para ahorro de agua, pieza final.



76

3.7 Resorte

En las condiciones actuales del diseño, el ahorrador mecánico de agua consta de un

resorte. Por lo general este tipo mecanismo se utiliza en un solo sentido, con movimiento

continuo. Es necesario forzar al sistema a que comience y termine su carrera en una

posición cero, u origen; esto se logra mediante un resorte helicoidal de compresión.

Un resorte posee la capacidad de restituirse a una longitud específica después de

habérsele aplicado una carga correspondiente. Se pretende con esta cualidad restringir el

movimiento de la válvula para ahorro de agua a un desplazamiento lineal de

aproximadamente 10 mm. La presión del agua se trasmitirá a la válvula, esta a su vez la

trasmitirá al resorte para efectuar la compresión, y la fuerza de restitución se usará para

regresar la válvula hasta la posición inicial. Se comienza entonces por determinar el peso

que el resorte debe sostener. El resorte solo sostendrá el peso de la válvula ahorradora de

agua con un valor de 1.11 gramos por lo que el peso a sostener es:

( ) (

)(

)

A esta fuerza se le conoce como fuerza de instalación según la terminología usada en

diseño de resortes. La fuerza de instalación Fi siempre esta presente por lo que el resorte

siempre estará contraído una longitud yi una vez instalado. Al aplicarse la fuerza de

operación F el resorte deberá comprimirse la carrera deseada a partir de la longitud

previamente deformada por el peso de los componentes, la longitud de contracción en la

operación deberá ser la suma de yi y la carrera deseada c. Esto se puede apreciar mejor en el

diagrama de deformación del resorte de la siguiente página. Se está en busca de los

parámetros de operación F y y, con los cuales se diseña el resorte.

Considerando la constante elástica del resorte K, es posible relacionar las fuerzas y

sus respectivas deformaciones. Actualmente se conoce únicamente la carrera y la fuerza de

instalación, por lo que se relacionan las condiciones de instalación con las de operación:



77

Figura 56: Diagrama de Operación de un Resorte.

Y siendo que y = yi + c, se resuelve para yi:

Dado que se conoce la fuerza de operación Fi, los parámetros de operación F y y

controlan el diseño del resorte y deben cumplir con varias condiciones de manera óptima.

Primeramente debe cumplir con las condiciones de operación, es decir, que se comprima

las longitudes adecuadas y logre su función de retorno. Debe de trabajar de forma segura,

sin pandeo y con los esfuerzos controlados para asegurar una vida “infinita” (superior a 108

ciclos). Debe ser económico y fácil de fabricar, por lo que se deben cuidar ciertos aspectos

de la geometría final del resorte de manera que coincidan con aquellos recomendados. Esto

hace del proceso de diseño del resorte una tarea laboriosa.

Para ser breve, se presenta únicamente el proceso de diseño en base a la fuerza que

ejerce la presión del agua sobre el resorte y el peso de la válvula para ahorro de agua, que

cumplió con todos los requisitos exitosamente. Todos los cálculos de esta metodología se

realizaron para una presión de 3 kgf/cm2.



78

Tenemos nuestro valor de presión en Pascales.

(

)(

)

Tenemos los siguientes resultados:

Con estos datos obtenemos el valor de la fuerza F:

(

)( )

Se encuentran los parámetros que definen la operación y la instalación del resorte,

comenzando por la deformación en la instalación yi:

Y por lo tanto:

Se encuentra la deformación en la operación y:

Para continuar con el diseño es necesario tomar un conjunto de decisiones a priori de

forma que se vayan definiendo las características que son independientes de las condiciones

geométricas de la aplicación; tales como el material, el tipo de apoyo y la fabricación del

resorte.



79

Conjunto de Decisiones A Priori:

Material: Acero inoxidable (A313, que también incluye 302, 304 y 316). Es un

material muy común para resortes pequeños que trabajaran en contacto con un fluido,

presenta una buena resistencia a la oxidación y soporta mayores esfuerzos ante cargas

repetidas.

Extremos del resorte: Ambos extremos a escuadra.

Diámetro del alambre de primera o segunda preferencia únicamente.

Sin endurecimiento por deformación (remoción de la deformación), se toma el resorte

tal como se arrolla.

Índice del resorte: 4 ≤ C ≤ 12

Espiras activas: 3 ≤ Na ≤ 15

Factor de Seguridad para longitud solida (Ls) ηs = 1.2

Extremos fijos apoyados en superficies planas.

Linealidad robusta, uso del 75% de la característica lineal del resorte (ξ=0.15).

Diseñado como resorte libre pero se confinará en una varilla por seguridad.

En la siguiente figura se muestra los pasos a seguir para el diseño de un resorte,

puesto que el resorte estará trabajando sobre sobre la válvula, consideramos el caso sobre

una varilla.

Figura 57: Proceso para el Diseño de un Resorte



80

En base a los cálculos realizados, se obtienen los siguientes resultados.

DATOS PARA EL RESORTE F= 8.2697 N

d (mm) 0.5 0.6 0.7 0.75 0.8 0.9

Sut (MPa) 2065.830558 2011.56576 1966.79911 1947.08707 1928.82657 1895.94141

Ssy (MPa) 723.0406954 704.048017 688.37969 681.480476 675.089299 663.579492

E (GPa) 193 193 193 193 193 193

G (GPa) 69 69 69 69 69 69

KB -1 1.076875769 1.09196812 1.10696822 1.11443393 1.1218769 1.13669502

DE (mm) 9.005 9.205 9.405 9.505 9.605 9.805

DI (mm) 8.005 8.005 8.005 8.005 8.005 8.005

Na (#) 1.060959115 2.12419295 3.80125862 4.92400162 6.26633274 9.70308534

Nt (#) 3.060959115 4.12419295 5.80125862 6.92400162 8.26633274 11.7030853

Ls (mm) 2.030479557 3.07451577 4.76088104 5.94300121 7.41306619 11.4327768

L0 (mm) 13.54564219 14.5896784 16.2760437 17.4581639 18.9282288 22.9479394

C (mm) 17.01 14.3416667 12.4357143 11.6733333 11.00625 9.89444444

cdm -122.046258 -239.576912 -464.0232 -639.42329 -873.523975 -1582.96724

Tabla 19: Valores para Distintos Diámetros del Alambre de Acero Inoxidable

Los diámetros d=0.5, 0.6 y 0.7mm en color amarillo en la tabla anterior se descartan

debido a la condición de C.

4 ≤ C ≤ 12

Los diámetros d=0.75, 0.8 y 0.9mm cumplen con la condición de C, y también con la

condición del número de vueltas activas.

3 ≤ Na ≤ 15

Teniendo en cuenta el criterio del costo, los diámetros d=0.8 y 0.9 mm en color azul

también se descartan, ya que entre más grande sea el diámetro del alambre, mayor será su

costo.

El diámetro del alambre seleccionado es d=0.75mm en color rosa, ya que cumple con

todas las condiciones de trabajo.

En la figura siguiente se muestra la geometría y dimensiones principales del resorte.



81

Figura 58: Resorte, Geometría y Dimensiones Principales.

La imagen presenta el modelo del resorte construido en SolidWorks y una foto del

resorte después de ser fabricado. El ensamblaje final del mecanismo se trabaja con el

resorte en su longitud de instalación, ya que es el espacio que en realidad estará ocupando

dentro del ensamblaje.

Figura 59: Resorte, pieza final.



82

3.8 Empaque reductor de flujo

Este empaque es importante en el funcionamiento de la regadera, en el diseño se tomó

la decisión de controlar una sola variable para poder tener resultados de forma más

confiable y rápida, se controla el diámetro interno del empaque, los empaques fueron

obtenidos en una empresa de maquila y piezas especiales de huele, localizada en el barrio

san mateo 78, la preciosa, Azcapotzalco, cp. 02460, DF.

La dimensión y geometría final del empaque reductor se muestra a continuación.

Figura 60: Geometría General, Empaque Reductor de Flujo.

Figura 61: Empaque reductor de flujo, pieza final.



83

3.9 Campana

Las dimensiones y geometrías de esta pieza fueron lo más sencilla posible, para

facilitar el proceso de manufactura, el material utilizado es Aluminio 6061-T6, esta pieza

fue pulida para tener un excelente acabado superficial. En la rosca interna superior se

conectara el nudo móvil, y en la parte inferior con ayuda de un o´ring se conectara la tapa

distribuidora, sujetada a toda la regadera por un tornillo.

Para la cuerda interna de la parte superior utilizamos un machuelo de NF ½”-20,


Figura 62: Machuelo de ½” NF20 para la Cuerda de la Campana.

Para el maquinado la campana y darle el acabado se utilizó un torno paralelo.

Figura 63: Acabado Superficial de la Campana de la Regadera.



84

Las dimensiones y geometría general se muestran a continuación.

Figura 64: Geometría y Dimensiones Finales de la Campana de la Regadera.

Teniendo la pieza en 3D en Solidworks y la pieza que fue maquinada.

Figura 65: Campana de la regadera, pieza final.



85

3.10 Tapa distribuidora

La tapa distribuidora consta de tres aros concéntricos, la geometría de cada uno de

ellos es muy complicada para maquinar, entonces se tomó de una regadera común, a

continuación se muestran las dimensiones correspondientes y la geometría para cada aro,

así como la pieza en 3D en Solidworks y la pieza final.

Aro número 1

Figura 66: Aro Número 1; Geometría y Dimensiones Principales.

Figura 67: Aro 1, pieza final.



86

Aro número 2

Figura 68: Geometría y Dimensiones Principales del aro Número Dos.

Figura 69: Aro número dos, pieza final.



87

Aro número 3

Figura 70: Geometría y Dimensiones Principales para el Aro Número 3.

Figura 71: Aro 3, pieza final.



88

3.11 O‟ ring de la tapa distribuidora

Este o „ring fue adquirido en una empresa de maquila y piezas especiales de huele,

localizada en el barrio san mateo 78, la preciosa, Azcapotzalco, cp. 02460, DF. Esta pieza

impide la fuga de agua entre la tapa distribuidora y la campana cuando se termina el

ensamble de la regadera.

La geometría y dimensiones finales del O´ring de la tapa distribuidora son las

siguientes.

Figura 72: Geometría y Dimensiones Finales del O´ring de la Tapa Distribuidora.

Figura 73: O „ring de la tapa distribuidora, pieza final.



89

3.12 Tornillo

Este tornillo se consigue en cualquier ferretería o tornillería, es un tornillo de cabeza

plana ranurada sin tuerca de 1/4"x 3/8" de pulgada, la geometría y dimensiones generales

para esta pieza son las siguientes.

Figura 74: Geometría y Dimensiones Finales para el Tornillo.

Ahora el dibujo en 3D y la pieza real.

Figura 75: Tornillo, pieza final.

CAPITULO IV. EVALUACIÓN DEL DISEÑO Y PRUEBAS DE OPERACIÓN


90

CAPÍTULO IV

Evaluación del Diseño

Y

Pruebas de Operación



91

Capítulo IV. Evaluación del Diseño y Pruebas de Operación

4.1 Análisis por método de elementos finitos

Se realizan un tipo de estudio, dependiendo de la pieza y los datos de interés. El

estudio estático se efectúa sobre las piezas críticas de la regadera como puede ser el resorte,

la conexión de la unión, en nudo móvil, el cuerpo de la regadera etc, siendo de interés la

distribución de esfuerzo en la pieza y algunos desplazamientos.

El ensamblaje completo no es analizado por MEF, ya que el planteamiento y la malla

del modelo se vuelven muy complejos, generando datos poco confiables. Los parámetros de

entrada del modelo y de mallado son de extrema importancia, ya que de ellos depende una

buena práctica del método. Se verá que inclusive esto es difícil para una sola pieza, razón

por la cual no se incluye un análisis del modelo completo.

Se desglosa cada análisis brevemente explicando las fases del estudio, que son

Planteamiento, Ejecución (propia del CAD) y Resultados. El Planteamiento involucra los

datos de entrada del análisis, como son las cargas, formas de sujeción de la pieza; incluye

también los parámetros de mallado y la aplicación de las propiedades del material. El

Planteamiento es la fase más importante del estudio, es en la que continuamente existen

errores ya que es la fase que depende completamente del usuario. La Ejecución es llevar a

cabo el mallado del modelo y la resolución del sistema numérico planteado. Es un proceso

completamente independiente del usuario, en ninguna parte de este proceso el usuario

puede modificar el curso del estudio. Este proceso matemático puede llegar a tardar varios

minutos dependiendo de la complejidad de la pieza, su mallado y propiedades del estudio.

La presentación de Resultados comprende la instrucción del usuario hacia el CAD

especificando que información presentar. La interpretación de Resultados es el significado

físico o las decisiones que se toman en base a la información presentada. Una buena

práctica del método consiste en relacionar posibles errores del planteamiento con los

resultados obtenidos, sabiendo reconocer los cambios provocados en “la salida” con

respecto a “la entrada”.

Realizar un análisis por MEF es un proceso iterativo, donde continuamente se debe

revisar que la ejecución converja a una solución lógica y en la cercanía de lo esperado. El

diseñador tiene la responsabilidad de repetir el estudio cuantas veces sea necesario hasta

que se logre la convergencia a una solución posible. Los análisis sobre el modelo final se

llevaron a cabo de varias formas, hasta asegurar que los datos que se estaban obteniendo

fueran correctos.



92

4.1.1 Conexión de la unión

La norma nos indica un procedimiento para realizar una prueba de comportamiento

de la conexión, esta prueba consiste en:

Sujetar la conexión de la regadera o niple.

Aplicar el par de apriete de 5 N-m

Se define el material de la conexión de la unión a un Aluminio 6061-T6 con las

propiedades que se muestran en la tabla.

Se establecen los apoyos de la pieza sobre la cuerda, de forma fija. Se coloca el par de

apriete sobre los planos laterales de la pieza como se ilustra en la figura siguiente. Se

define una malla fina basada en la curvatura del modelo, de elementos solidos tetraédricos

con un total de 24688 nodos. Se agrega un control de mallado únicamente en los planos

donde se aplicó la torsión, ya que es el que interesa analizar.

La imagen muestra la malla del sólido, las flechas en color morado son las cargas y

las de color verde son las sujeciones del cuerpo.

Los datos del material son los siguientes:

Propiedades:

Aluminio 6061-T6

Valor Unidades

Módulo elástico E 69 GPa

Coeficiente de Poisson ν 0.33 [1]

Módulo cortante G 26 GPa

Densidad de masa ρ 2700 kg/m^3

Límite de tracción Sut 310 MPa

Límite elástico Sy 275 MPa

Coeficiente de expansión

térmica

α 2.4e-005 1/K

Conductividad térmica K 166.9 W/(m·K)

Calor específico C 896 J/(kg·K) Tabla 20: Propiedades del Aluminio 6061-T6



93

Figura 76: Mallado, sujeción y cargas del Estudio del Engrane

Tenemos que hacer notar la forma en la que se realiza esta prueba en base a la norma,

se realiza un sistema mecánico para fijar la pieza, se utiliza un torquímetro con capacidad

de 10 N-m /1kg-m), una llave o adaptador para aplicar el par de apriete.

Aplicar un par de apriete de 5 N-m a la conexión de la unión de la regadera, y según

la norma el resultado solo es observar visualmente el comportamiento de la conexión.

En este trabajo la prueba se realizara con la ayuda de Solidworks, y busca obtener un

factor de seguridad confiable para la pieza, observar los desplazamientos que pudiera tener

la pieza al aplicar la carga.

Se ejecuta el estudio estático, el cual modifica el tamaño del elemento de la malla en

las zonas donde se detecte una diferencia significativa en la solución nodal y la del

elemento, comúnmente la región de concentración de esfuerzos. Se recuerda que el tamaño

de la malla afecta enormemente la solución del modelo. En la siguiente imagen se presenta

la distribución de los desplazamientos en la pieza.

Figura 77: Distribución de deformaciones en la conexión de la Unión.



94

El grafico muestra la distribución de deformaciones en la escala de colores mostrada,

donde se nota que la deformación máxima se encuentra en los planos donde se aplicó el par

de apriete.

La deformación máxima en la pieza es de 0.003024mm, es muy pequeña, entonces la

pieza soporta la carga de prueba perfectamente.

Por último se realiza un trazado del factor de seguridad en base a la TED. Para tener

una mayor confianza en el funcionamiento de la pieza.

Figura 78: Distribución del Factor de Seguridad en La conexión de la Unión.

El programa arroja un valor del factor de seguridad mínimo de 9.1, el cual indica que

la pieza soportara el par de apriete sin ningún problema, incluso esta sobrada, puede tener

exceso de material.

Para reducir este factor de seguridad y tener un ahorro en material, se reduce la

distancia entre los planos como se muestra en la siguiente figura, se realiza el mismo

análisis.

La norma indica que no debe presentar, al observarse visualmente, daños tales como;

barrido de cuerda o agrietamiento, para que la prueba sea confiable se realizó el análisis

visual de la pieza aplicando el par de apriete y también con la ayuda de solidworks.

En ambos casos se cumple con lo especificado en la norma.



95

4.1.2 Nudo móvil.

Esta pieza sujetara al cuerpo de la regadera, en la parte superior tiene dos pequeñas

entradas para colocar un desarmador para sujetar esta pieza mientras se le aplica el par de

apriete al cuerpo de la regadera, estas piezas se conectan mediante un sistema tuerca-

tornillo. Para realizar el análisis por el MEF realizaremos lo siguiente:

Sujetar el nudo móvil con ayuda de un desarmador.

Aplicar el par de apriete de 5 N-m sobre la cuerda.

Se define el material de la conexión de la unión a un Aluminio 6061-T6 con las

propiedades que se muestran en la tabla.

Se establecen los apoyos de la pieza sobre las dos entradas pequeñas en donde se

coloca el desarmador, de forma fija. Se coloca el par de apriete sobre la cuerda de la pieza

como se ilustra en la figura siguiente. Se define una malla fina basada en la curvatura del

modelo, de elementos solidos tetraédricos con un total de 22229 nodos. Se agrega un

control de mallado únicamente en los planos donde se aplicó la torsión, ya que es el que

interesa analizar.

La imagen muestra la malla del sólido, las flechas en color morado son las cargas y

las de color verde son las sujeciones del cuerpo.

Los datos del material son los siguientes:

Propiedades:

Aluminio 6061-T6

Valor Unidades

Módulo elástico E 69 GPa

Coeficiente de Poisson ν 0.33 [1]

Módulo cortante G 26 GPa

Densidad de masa ρ 2700 kg/m^3

Límite de tracción Sut 310 MPa

Límite elástico Sy 275 MPa

Coeficiente de expansión

térmica

α 2.4e-005 1/K

Conductividad térmica K 166.9 W/(m·K)

Calor específico C 896 J/(kg·K) Tabla 21: Propiedades del Aluminio 6061-T6



96

Figura 79: Mallado del Nudo Móvil.

Se aplica un par de apriete de 5 N-m a al Nudo Móvil de la regadera, y según la

norma el resultado solo es observar visualmente el comportamiento de la conexión.

En este trabajo esa prueba se realizara con la ayuda de Solidworks, y buscamos

obtener un factor de seguridad confiable para la pieza y observar los desplazamientos que

pudiera tener la pieza al aplicar la carga.

Se ejecuta el estudio estático, el cual modifica el tamaño del elemento de la malla en

las zonas donde se detecte una diferencia significativa en la solución nodal y la del

elemento. Se recuerda que el tamaño de la malla afecta enormemente la solución del

modelo. En la siguiente imagen se presenta la distribución de los desplazamientos en la

pieza.



97

Figura 80: Desplazamientos en el nudo móvil.

El grafico muestra la distribución de deformaciones en la escala de colores mostrada,

donde se nota que la deformación máxima se encuentra en la cuerda donde se aplicó el par

de apriete.

La deformación máxima en la pieza es de 0.0235 mm, es muy pequeña, entonces la

pieza soporta la carga de prueba perfectamente.

Por último se realiza un trazado del factor de seguridad en base a la TED. Para tener

una mayor confianza en el funcionamiento de la pieza.



98

Figura 81: FDS para el Nudo Móvil.

El programa nos arroja un valor del factor de seguridad mínimo de 1.2, el cual nos

indica que la pieza soportara el par de apriete sin ningún problema, incluso este factor de

seguridad nos indica que la pieza soporta un par de apriete mayor antes de la fractura o de

alguna deformación importante.

La norma indica que no debe presentar, al observarse visualmente, daños tales como;

barrido de cuerda o agrietamiento, para que la prueba sea confiable se realizó el análisis

visual de la pieza aplicando el par de apriete y también con la ayuda de solidworks.

En ambos casos se cumple con lo especificado en la norma.



99

4.2 Pruebas de operación

Para la determinación del gasto en base a la norma necesitamos lo siguiente:

Herramienta y equipo

Equipo de prueba de acuerdo a la figura siguiente;

Manómetro sumergido en glicerina, con un rango de 0 a 196 kPa (0 a 3 kgf/cm2),

con graduación mínima de 9,8 kPa (0,1 kgf/cm2) y una exactitud de 2%;

Equipo de medición de gasto con capacidad de medir flujos desde 1 a 15

litros/minuto (mínimo)

Figura 82: Instalación de Prueba.



100

Figura 83: Instalación de Prueba, Tubería de Cobre.

Utilizamos la red de tuberías grande que se encuentra en el laboratorio de termofluidos de

la UAM-Azcapotzalco.

Figura 84: Instalación de prueba completa



101

En la figura anterior se muestra la instalación completa, compuesta por la red de

tuberías grande, un banco de pruebas para regresar al agua y formar un ciclo para no

desperdiciar el agua y finalmente la instalación de prueba como lo indica la norma.

Para alcanzar la presión de 3 kgf/cm2 se conectaron dos bombas en serie, cada una

con ¾ hp como se muestra en la siguiente figura.

Figura 85: Configuración en serie de las bombas.

Para tomar las mediciones de caudal utilizamos una probeta de un litro y un

cronometro, se hizo de forma manual como se muestra en la siguiente figura.



102

Figura 86: Instrumentos para la Medición de Caudal

En manómetro utilizado para tomar lecturas de presión se muestra en la figura siguiente.

Figura 87: Manómetro Utilizado.



103

En el diseño del dispositivo automático ahorrador de agua se manejan varias

variables, entonces resulta complejo analizar cada una de ellas, para facilitar las pruebas

tomamos el diámetro interno del empaque reductor de flujo (Dier) como la variable

principal, es decir, tomaremos varias datos del Dier, se tomaran datos para dos pruebas con

el mismo diámetro, se realiza una tabla y se grafica presión vs caudal.

La tabla de datos y la prueba se realiza de la siguiente forma.

Se obtendrá manualmente valores de tiempo y volumen para presiones desde 0.1

kgf/cm2 hasta 3.2 kgf/cm

2 cada 0.1 kgf/cm

2, posteriormente se obtiene el caudal

correspondiente.

Ejemplo:

Tomando el primer diámetro interno, Dier =4.9mm, obteniendo la siguiente tabla para

la primer prueba: 4.9 p1

Se utilizara esta nomenclatura para todas las pruebas, por ejemplo:

4.9 p1 =Prueba número uno con un Dier de 4.9 mm.

4.9 p1

Pe T(seg) Volumen(lt) T(min) caudal(LPM)

0.1 5.31 0.32 0.0885 3.615819209

0.2 4.38 0.31 0.073 4.246575342

0.3 3.68 0.14 0.061333333 2.282608696

0.4 9 0.3 0.15 2

0.5 7.72 0.26 0.128666667 2.020725389

0.6 8.46 0.3 0.141 2.127659574

0.7 6.28 0.23 0.104666667 2.197452229

0.8 6.88 0.27 0.114666667 2.354651163

0.9 6.72 0.26 0.112 2.321428571

1 8.13 0.31 0.1355 2.287822878

1.1 8.22 0.34 0.137 2.481751825

1.2 6.94 0.29 0.115666667 2.507204611

1.3 6.31 0.27 0.105166667 2.567353407

1.4 6.62 0.29 0.110333333 2.628398792

1.5 7.78 0.35 0.129666667 2.699228792

1.6 6.06 0.28 0.101 2.772277228

1.7 7.09 0.34 0.118166667 2.877291961

1.8 5.38 0.26 0.089666667 2.899628253

1.9 5.65 0.27 0.094166667 2.867256637

2 6.47 0.32 0.107833333 2.967542504

2.1 5.65 0.28 0.094166667 2.973451327

2.2 5.75 0.29 0.095833333 3.026086957

2.3 4.84 0.24 0.080666667 2.975206612

2.4 5.66 0.28 0.094333333 2.96819788

2.5 5.84 0.29 0.097333333 2.979452055

2.6 6.44 0.32 0.107333333 2.98136646

2.7 5.62 0.28 0.093666667 2.989323843

2.8 6.19 0.31 0.103166667 3.004846527

2.9 6.09 0.3 0.1015 2.955665025

3 6.15 0.3 0.1025 2.926829268

3.1 5.38 0.27 0.089666667 3.011152416

3.2 4.62 0.23 0.077 2.987012987

Tabla 22: Prueba: 4.9 p1.



104

Obtenemos las mediciones y obtenemos los siguientes datos para la segunda prueba

con el mismo diámetro interno: 4.9 p2.

Tabla 23: Prueba: 4.9 p2.

Posteriormente sacamos el promedio de ambos caudales: 4.9 prom. y graficamos

presión vs caudal de la forma siguiente..

4.9 p2

Pe T(seg) Volumen(lt) T(min) caudal(LPM)

0.1 6.18 0.33 0.103 3.203883495

0.2 4.69 0.31 0.078166667 3.965884861

0.3 3.63 0.12 0.0605 1.983471074

0.4 8 0.24 0.133333333 1.8

0.5 8.03 0.25 0.133833333 1.867995019

0.6 8.75 0.29 0.145833333 1.988571429

0.7 8.53 0.29 0.142166667 2.03985932

0.8 8.31 0.29 0.1385 2.093862816

0.9 5.88 0.21 0.098 2.142857143

1 7.06 0.27 0.117666667 2.294617564

1.1 7.72 0.3 0.128666667 2.331606218

1.2 6.57 0.26 0.1095 2.374429224

1.3 5.43 0.22 0.0905 2.430939227

1.4 5.88 0.25 0.098 2.551020408

1.5 6.06 0.26 0.101 2.574257426

1.6 7.31 0.32 0.121833333 2.626538988

1.7 6.84 0.3 0.114 2.631578947

1.8 7.22 0.32 0.120333333 2.659279778

1.9 6.22 0.28 0.103666667 2.70096463

2 5.94 0.27 0.099 2.727272727

2.1 7.22 0.34 0.120333333 2.825484765

2.2 8.37 0.4 0.1395 2.867383513

2.3 6.41 0.3 0.106833333 2.808112324

2.4 7.81 0.37 0.130166667 2.842509603

2.5 5.81 0.28 0.096833333 2.891566265

2.6 5.65 0.28 0.094166667 2.973451327

2.7 6.34 0.31 0.105666667 2.933753943

2.8 5.22 0.25 0.087 2.873563218

2.9 5.65 0.27 0.094166667 2.867256637

3 6.38 0.31 0.106333333 2.915360502

3.1 6.12 0.3 0.102 2.941176471

3.2 5.47 0.27 0.091166667 2.961608775



105

Tabla 24: Prueba: 4.9 prom.

Figura 88: Curva 4.9 promedio

Este procedimiento se realizara para distintos valores de diámetros internos del

empaque reductor, en la gráfica la línea en color rojo indica el valor de 3.8 LPM, al cual

tendremos que acercarnos sin rebasarlo.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

1 2 3 4 5

Pre

sió

n (

kgf/

cm2)

Caudal (LPM)

Dier=4.9mm

4.9 p1

4.9 p2

4.9 prom

4.9 prom

caudal(LPM)

3.40985135

4.1062301

2.13303989

1.9

1.9443602

2.0581155

2.11865577

2.22425699

2.23214286

2.29122022

2.40667902

2.44081692

2.49914632

2.5897096

2.63674311

2.69940811

2.75443545

2.77945402

2.78411063

2.84740762

2.89946805

2.94673523

2.89165947

2.90535374

2.93550916

2.97740889

2.96153889

2.93920487

2.91146083

2.92109488

2.97616444

2.97431088



106

En la siguiente gráfica se muestran los resultados obtenidos para distintos valores del Dier.

Figura 89: Curvas para Dier =4.2, 4.5, 4.7, 4.9, 5.1, 5.3, y 5.5mm

Para que nuestra regadera tenga un grado ecológico, no debe exceder los 3.8 LPM

para presiones hasta 3 kgf/cm2. En la gráfica trazamos una línea en 3.8 LPM, nos damos

cuenta que el diámetro interno del empaque reductor óptimo se encuentra entre los valores

siguientes:

4.9mm < Dier < 5.3mm

Descartamos las pruebas que no se encuentran dentro de este rango, obteniendo la

siguiente gráfica.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

1 2 3 4 5 6

Pre

sio

n (

kgf/

cm2)

Caudal (LPM)

Dier =4.2, 4.5, 4.7, 4.9, 5.1, 5.3, y 5.5mm

4.2

4.5

4.7

4.8

4.9

5.1

5.2

5.3

5.5



107

Figura 90: Curvas para 4.9mm<Dier <5.3mm

Necesitamos obtener más pruebas dentro de este rango, incrementando el Dier 0.5mm,

teniendo los siguientes resultados. Teniendo en cuenta que estos valores de diámetro los

podemos obtener fácilmente, si redujéramos este intervalo, las dimensiones del Dier serían

un poco difícil de alcanzar, pues necesitaríamos de instrumentos con una precisión más

elevada.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

1 2 3 4 5 6

Pre

sio

n (k

gf/c

m2 )

Caudal (LPM)

4.9mm<Dier <5.3mm

4.9

5.1

5.2

5.3



108

Obtenemos la gráfica correspondiente.

Figura 91: Curvas para Dier =4.9, 5.05, 5.1, 5.15, 5.2, 5.25 y 5.3 mm

En la gráfica se muestra claramente que el diámetro interno del empaque reductor de

flujo más eficiente es el de 5.15mm, para realizar un análisis completo y como la norma

marca realizar tres pruebas, se realizaron cuatro pruebas con ese mismo diámetro interno,

obteniendo los siguientes datos.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

1 2 3 4 5 6

Pre

sio

n (

kgf/

cm2 )

Caudal (LPM)

Dier =4.9, 5.05, 5.1, 5.15, 5.2, 5.25 y 5.3 mm

4.9

5.05

5.1

5.15

5.2

5.25

5.3



109

Graficamos la curva para las cuatro pruebas, posteriormente sacamos la curva promedio y

analizamos nuestros resultados.

Figura 92: Curvas para Dier = 5.15 mm, cada una de las Pruebas.

Figura 93: Curva para Dier = 5.15 mm, valor promedio.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

1.5 2 2.5 3 3.5 4

Pre

sio

n (k

gf/c

m2)

Caudal (LPM)

Dier= 5.15 mm (p1, p2, p3, p4)

5.15 p1

5.15 p2

5.15 p3

5.15 p4

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

1.5 2 2.5 3 3.5 4

Pre

sió

n (

kgf/

cm2)

Caudal (LPM)

Dier= 5.15 prom 5.15 prom



110

4.3 Costos de fabricación

Se organizan en 4 partidas de costos todos los componentes que conforman el ensamblaje final;

Maquinados, Tornillería, Empaques y el Resorte. La partida de costo mas elevado será la de

Maquinados, abarcando casi por completo el costo de la regadera, por lo que se le da mayor

importancia. Los Maquinados se cotizan con la empresa

Costos de Fabricación de la Regadera

Item Descripción Material Mano de Obra Costo Unitario

1 Maquinados $220 $400 $620

Conexión de la unión $40

Nudo móvil $40

Cuerpo de la regadera $30

Campana $80

Resorte $10

Válvula para ahorro de agua $20

2 Tornillería 50¢

3 Empaques y O´rings $9

Empaque del nudo móvil

$5

Empaque reductor de flujo

$2

O ‘ring del cuerpo de la regadera

$1

O ‘ring de la tapa distribuidora

$1

TOTAL $638.5 Tabla 25: Cosos de Fabricación de la Regadera

CONCLUSIÓNES


111

Conclusiones

Se construyó una regadera ecológica, el material utilizado fue aluminio 6061-T6 por

ser un material fácil de maquinar y al pulirlo se obtiene un buen acabado superficial.

Esta regadera no sobrepasa 3.8 LPM, por lo tanto adquirió el grado ecológico.

Se diseñó y construyó el ahorrador mecánico de agua, cuyo funcionamiento es

correcto y cumple con las condiciones de diseño.

Funciona para baja, media y alta presión, sin importar la presión de entrada ni la

apertura de las llaves.

Ahorra del 20% al 80 % de agua, a mayor presión, mayor ahorro.

La solución propuesta cumple con los requisitos y las consideraciones de diseño

planteadas. En la opinión personal, se considera que el diseño es adecuado y se confía en su

funcionamiento.

CONCLUSIÓNES


112

Obteniendo como resultado el siguiente diseño:

Figura 94: ES-113 Presentación Final al Publico

TRABAJOS FUTUROS


113

Trabajos Futuros

Fabricación y ensamblaje en serie: es llevar a cabo la construcción de moldes y

fabricar la regadera por inyección de plástico. Se realiza bajo un proceso de registro

de cada operación tomando nota de aspectos negativos. El propósito es encontrar

aspectos en donde es posible economizar la fabricación así como encontrar

complicaciones en el ensamblaje.

Pruebas de Operación: Llevar a cabo una serie de pruebas en diferentes regaderas

en donde se evalúe el desempeño de la regadera. Se deben repetir los experimentos

una y otra vez, entre más mediciones se tengan, más preciso es el resultado.

Elaboración de Ficha de Mantenimiento: Bajo pruebas de operación se deben

determinar las acciones de mantenimiento preventivo que se recomendarán al

usuario, así como los tiempos para darle limpieza o remoción de basura. La ficha se

archiva para el historial de diseño y la información se debe presentar al usuario en el

manual.

Elaboración del Manual de Usuario: El manual de usuario deberá contener las

advertencias necesarias para una operación segura de la regadera. Incluirá las

instrucciones de ensamble y limpieza para mejor entendimiento de las operaciones.

Trámite de Patente: Es registrar ante el IMPI la invención de la regadera

ecológica, con el fin de proteger la obra intelectual y obtener los derechos de

exclusividad.

REFERENCIAS


114

Bibliografía

[1] Beer, Ferdinand P.; Johnston Jr., E. Russell; DeWolf, John T. (2004) Mecánica de

Materiales (3ra Ed.) McGraw Hill

[2] Mott, Robert L. (2004) Machine Elements in Mechanical Design (4ta Ed.) Prentice Hall

[3] Shigley, Joseph E.; Mischke, Charles R. (2002) Diseño en Ingeniería Mecánica (6ta Ed.)

McGraw Hill

[4] Sergio A. Villanueva Pruneda; Jorge Ramos Watanave (1983) Manual de Métodos de

Fabricación Metalmecánica (3er Ed.) AGT Editor, S.A.

[5] Francisco Jiménez Caro; Marco A. Sánchez Gonzalez (1985) Montajes para

Máquinado (1ra. Ed.) AGT Editor, S.A.

[6] Zeferino Damián Noriega (1986) Tecnología de Fabricación Metalmecánica (1ra. Ed.)

AGT Editor, S.A.

[7] Hackworth, John R.; Hackworth Jr., Frederick D. (2004) Programmable Logic

Controllers: Programming Methods and Applications Prentice Hall

[8] Kreith, Frank (1999) Mechanical Engineering Handbook CRC Press

[9] Lienhard IV, John H.; Lienhard V, John H. (2004) A Heat Transfer Textbook (3ra Ed.)

Phlogiston Press

[10] Meriam, J.L. (1993) Dinámica (2da Ed.) Reverté

[11] Oberg, Erik; Jones, Franklin D.; Horton, Holbrook L.; Ryffel, Henry H. (2000)

Machinery’s Handbook (26ta Ed.) Industrial Press

[12] Ullman, David G. (2010) The Mechanical Design Process (4ta Ed.) McGraw Hill

[13] Spiegel, Murray R.; Schiller, John J.; Srinivasan, R. Alu (2003) Teoría y Problemas

de Probabilidad y Estadística (2da Ed.) McGraw Hill

Paper

[14] Martínez Medina, Mario. “Regadera ahorradora de agua para el sector doméstico en

el D.F.” UNAM, Facultad de Ingeniería, 1999.

REFERENCIAS


115

Páginas Web

[15] Catálogo de resortes Rymond

http://www.asraymond.com.mx/p/160/resortes-de-compresion-en-alambre-

depiano/?PAGE_ID=1&INDEXorder=0&min_1=10&max_1=20.4&min_2=0&max_2=1&

min_3=7.8&max_3=16.6&update=#startcontent

[16] Equivalencias métricas para brocas y machuelos.

http://www.eltallerderolando.com/?attachment_id=1680

[17] Distribuidor de alambres para resortes de acero inoxidables.

http://www.alambrescalibrados.com.mx/

http://www.asraymond.com.mx/p/160/resortes-de-compresion-en-alambre-depiano/?PAGE_ID=1&INDEXorder=0&min_1=10&max_1=20.4&min_2=0&max_2=1&min_3=7.8&max_3=16.6&update=#startcontent



http://www.eltallerderolando.com/?attachment_id=1680

http://www.alambrescalibrados.com.mx/


116

Apéndice A

Norma Oficial Mexicana:

NOM-008-CNA-1998


117

Al margen un logotipo, que dice: Comisión Nacional del Agua.

CRISTOBAL JAIME JAQUEZ, Director General de la Comisión Nacional del Agua, con fundamento en lo dispuesto en los artículos 32 Bis fracciones I, II, III, IV y V de la Ley Orgánica de la Administración Pública Federal; 1o., 3o. fracciones IV y XI, 40, 41, 43, 44, 45, 47 y demás relativos y aplicables de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización; 28, 31, 32 y 34 del Reglamento de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización; 3o. fracción VI, 4o., 9o. fracción XII, 12, 100, 119 fracción VI, 120 y 121 de la Ley de Aguas Nacionales; 10 segundo párrafo y 14 fracción XI del Reglamento de la Ley de Aguas Nacionales; 39 fracciones V y VI del Reglamento Interior de la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales, y

CONSIDERANDO

Que habiéndose cumplido el procedimiento establecido por la Ley Federal sobre Metrología y Normalización para la elaboración de proyectos de normas oficiales mexicanas, el C. Presidente del Comité Consultivo Nacional de Normalización del Sector Agua ordenó la publicación del Proyecto de Norma Oficial Mexicana NOM-008-CNA-1998, que establece las especificaciones y métodos de prueba que deben cumplir las regaderas empleadas en el aseo corporal, publicado en el Diario Oficial de la Federación el día 21 de septiembre de 1998, a efecto de que los interesados presentaran sus comentarios al citado Comité Consultivo. Que durante el plazo de sesenta días naturales, contados a partir de la fecha de publicación de dicho Proyecto de Norma Oficial Mexicana, los análisis a que se refiere el citado ordenamiento legal, estuvieron a disposición del público para su consulta.

Que dentro del plazo referido, los interesados presentaron sus comentarios al Proyecto de Norma, los cuales fueron analizados en el citado Comité Consultivo Nacional de Normalización del Sector Agua, realizándose las modificaciones pertinentes, mismas que fueron publicadas en el Diario Oficial de la Federación el día 18 de abril de 2000 por la Secretaría de Medio Ambiente, Recursos Naturales y Pesca.

Que previa aprobación del Comité Consultivo Nacional de Normalización del Sector Agua, en sesión de fecha 4 de mayo de 1999, he tenido a bien expedir la siguiente:

NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-008-CNA-1998, REGADERAS EMPLEADAS EN EL ASEO

CORPORAL-ESPECIFICACIONES Y METODOS DE PRUEBA

CONTENIDO

0. Introducción

1. Objetivo

2. Campo de aplicación

3. Referencias

4. Definiciones

5. Clasificación

6. Especificaciones

7. Muestreo

8. Métodos de prueba

9. Marcado

10. Observancia de esta Norma

11. Bibliografía

12. Grado de concordancia con normas y recomendaciones internacionales

13. Vigencia

Apéndice normativo “A”

0. Introducción

Con el objeto de contribuir a la preservación de los recursos hidráulicos del país, es necesario continuar


118

con los esfuerzos encaminados al uso eficiente del agua potable para el consumo humano, que permitan mantener y aumentar el suministro del vital líquido a la población nacional.

Para lograr este uso racional del agua, se hace necesaria e indispensable la regulación del consumo doméstico mediante el uso de dispositivos ahorradores de agua, también denominados dispositivos de bajo consumo de agua.

En el mercado nacional existen diferentes tipos de regaderas para el aseo corporal de fabricación nacional y extranjera, que requieren un alto consumo de agua para su funcionamiento, por lo que es necesario reglamentar el gasto que suministran, evitando desperdicios innecesarios de agua, sin perder de vista el confort de los usuarios.

Al entrar en vigor esta Norma Oficial Mexicana, se obtendrá una disminución del consumo de agua en el uso de las regaderas.

1. Objetivo

Esta Norma Oficial Mexicana establece las especificaciones y métodos de prueba que deben cumplir las regaderas empleadas en el aseo corporal, con el fin de asegurar el ahorro de agua.

2. Campo de aplicación

Esta Norma Oficial Mexicana es aplicable a todos los tipos de regaderas existentes en el mercado de fabricación nacional y de importación.

Esta Norma no considera el comportamiento de la regadera eléctrica, en relación con el calentamiento del agua.

3. Referencias

Esta Norma se complementa con las siguientes normas vigentes:

NMX-Z-12/2 Muestreo para la inspección por atributos - Parte 2: Métodos de muestreo, tablas y gráficas. Publicada en el Diario Oficial de la Federación el 28 de octubre de 1987.

NMX-D-122 Determinación de las propiedades de resistencia a la corrosión de partes metálicas con recubrimientos, empleadas en vehículos automotores. Método de niebla salina. Publicada en el Diario Oficial de la Federación el 7 de enero de 1974.

Las normas de referencia podrán consultarse en el domicilio del Comité Consultivo Nacional de Normalización del Sector Agua, sito en la calle Privada del Relox número 16, piso 3, colonia Chimalistac, Delegación Alvaro Obregón, código postal 01070, México, D.F.

4. Definiciones

Para los efectos de esta Norma se establecen las siguientes definiciones:

4.1 Accesorios: Componentes que pueden ser agregados o removidos de la regadera y que no afectan el funcionamiento y/o operación de la misma.

4.2 Brazo de la regadera: Conector que acopla la regadera a la instalación hidráulica o tubería de alimentación de agua.

4.3 Carrera: Distancia entre los puntos de inversión de movimiento en un sistema de desplazamiento alternativo.

4.4 Conexión de la unión: Parte del cuerpo de la regadera que la interconecta a la instalación hidráulica.

4.5 Empaques: Elementos de hule o plástico, destinados a mantener la hermeticidad en las partes de la regadera, durante su funcionamiento.

4.6 Haz de lluvia: Forma volumétrica del flujo de agua de la regadera.

4.7 Hermeticidad: Característica de una red de conductos de no permitir el paso del agua a través de sus uniones.

4.8 Nudo móvil o articulación: Parte o componente de la regadera que sirve para dirigir el haz de lluvia a diferentes direcciones.

4.9 Obturador: Dispositivo opcional de la regadera, que controla el paso del agua durante el uso de la misma.

4.10 Regadera: Dispositivo hidráulico que una vez instalado a un suministro de agua forma un haz de lluvia que se emplea para el aseo corporal.

4.11 Regadera manual: Regadera que se usa manualmente, conocida comúnmente como regadera de teléfono.


119

4.12 Regadera eléctrica: Regadera para baño que tiene incorporado un sistema eléctrico de calentamiento del agua que pasa por la misma.

4.13 Tapa distribuidora: Tapa con orificios u otro diseño, que forma parte de la regadera, y tiene como función formar el haz de lluvia.

5. Clasificación

Las regaderas objeto de esta Norma se clasifican de acuerdo a su intervalo de presión estática de operación para la cual están diseñadas, según se indica en la tabla 1.

Tabla 1. Clasificación de las regaderas de acuerdo a su intervalo de presión

REGADERA TIPO

RANGO DE PRESION DE TRABAJO

kPa (kgf/cm²)

NIVELES DE

EDIFICACION*

BAJA PRESION 20 a 98

(0,2 a 1,0)

1 a 4

MEDIA PRESION

98 a 294

(1,0 a 3,0)

de 4 a 12

o equipo hidroneumático

ALTA PRESION

294 a 588

(3,0 a 6,0)

más de 12

o equipo hidroneumático

* Contados a partir del depósito superior del agua 1 kPa = 0,0102 kgf/cm²

6. Especificaciones

6.1 Conexión

La conexión de la regadera debe ser compatible con la rosca de tipo cónica para tubo RCT (NPT). Al verificarse con un calibrador patrón para roscas “pasa no pasa”, la penetración en la conexión debe quedar dentro de la zona de aceptación. Esto se verifica de acuerdo al método de prueba que se establece en el punto 8.1.

6.2 Par de apriete para instalación

Al aplicar un par de apriete a la conexión de la regadera para su instalación, ésta no debe presentar, al observarse visualmente, daños tales como: barrido de cuerda o agrietamiento. Esto se verifica de acuerdo al método de prueba que se establece en el punto 8.2.

6.3 Acceso para mantenimiento

El diseño debe ser tal que permita fácilmente su remoción para proporcionar el mantenimiento necesario. Esto se verifica visualmente de acuerdo al método de prueba que se establece en el punto 8.3.

6.4 Gasto

Las regaderas deben proporcionar un gasto, de acuerdo con su presión de operación; en caso de que cuenten con reductores de flujo, éstos serán parte integral de su diseño. Esto se verifica de acuerdo al método de prueba que se establece en el punto 8.4.

Las regaderas que cuentan con haz de lluvia ajustable, deben cumplir con esta especificación en todas las posiciones de ajuste.

6.5 Eficiencia del haz de lluvia

La eficiencia del haz de lluvia para cada gasto de prueba establecido, debe ser según lo indicado en la tabla 3. Esto se verifica de acuerdo al método de prueba que se establece en el punto 8.5.

6.6 Obturador

Cuando la regadera está provista de un obturador, el funcionamiento del mismo en su posición cerrada y con una presión hidráulica, debe permitir un paso de agua que haga evidente que las llaves de control de la regadera están abiertas. Verificar visualmente. Esto se verifica de acuerdo al método de prueba que se establece en el punto 8.6.

6.7 Resistencia al envejecimiento de los empaques

Los empaques utilizados como parte de la regadera no deben presentar una variación en su dureza y dimensiones básicas ni alteraciones (tales como escamas o cuarteaduras), después de haber permanecido en el horno a una LK12temperatura determinada por un periodo de tiempo. Esto se verifica de acuerdo al método de prueba que se establece en el punto 8.7.


120

6.8 Resistencia a la presión hidráulica

Los componentes de la regadera no deben presentar fugas ni deformaciones, al someterse a una presión hidráulica que se especifica para cada tipo en la tabla 4, posteriormente, la regadera debe satisfacer la prueba de gasto especificada en el inciso 6.2.1. Esto se verifica de acuerdo al método de prueba que se establece en el punto 8.8.

6.9 Resistencia a la temperatura

La regadera no debe presentar fugas, deformaciones y ninguna irregularidad en su funcionamiento, al suministrar agua caliente durante un tiempo determinado y a su máxima presión de trabajo, según se especifica en la tabla 1. Esto se verifica de acuerdo al método de prueba que se establece en el punto 8.9.

6.10 Remoción de la tapa distribuidora

Después de removerse e instalarse un determinado número de veces la tapa distribuidora (exceptuando regaderas libre de mantenimiento), de acuerdo a las instrucciones del fabricante, no deberá manifestarse: barrido de la cuerda o cabeza del tornillo y falta de apriete. Esto se verifica de acuerdo al método de prueba que se establece en el punto 8.10.

6.11 Durabilidad del nudo móvil

El nudo móvil de la regadera no debe presentar fugas ni anormalidades después de aplicarle ciclos de movimiento oscilante, cuando simultáneamente suministra un flujo de agua de 1 a 2 litros por minuto. Esto se verifica de acuerdo al método de prueba que se establece en el punto 8.11.

6.12 Resistencia a la corrosión

Todas las partes externas de la regadera, incluyendo las de la conexión, no deben presentar fallas de recubrimiento (burbujas, desprendimiento y/o corrosión) después de permanecer un determinado tiempo en la cámara de niebla salina. Esto se verifica de acuerdo al método de prueba que se establece en el punto 8.12.

7. Muestreo

El muestreo debe efectuarse de acuerdo a la Norma Mexicana NMX-Z-12/2, Muestreo para la inspección por atributos - Parte 2: Métodos de muestreo, tablas y gráficas.

El tamaño del lote de inspección debe determinarse agrupando regaderas que son del mismo tipo, que han sido fabricadas bajo la misma especificación y con un proceso efectuado bajo idénticas condiciones.

Para determinar el tamaño de la muestra se debe considerar el total de la producción o importación por tipo, calculado con base en el número de productos fabricados o importados durante los últimos seis meses, equivalente a un día de producción o importación promedio.

Para todas las pruebas se aplicará el plan de muestreo sencillo para inspección normal, el nivel de inspección y el nivel de calidad aceptable, será el siguiente:

7.1 Nivel de inspección

Se aplica el nivel de inspección especial S-1 de la tabla del plan de muestreo sencillo para inspección normal.

7.2 Nivel de calidad aceptable (NCA)

Las especificaciones establecidas en esta Norma se clasifican de acuerdo a su importancia, en pruebas críticas y menores, asignando un nivel de calidad aceptable para cada grupo.

Pruebas Críticas.- Se aplica un nivel de calidad aceptable de 2.5 para las especificaciones:

6.1 Conexión

6.2 Par de apriete

6.4 Gasto


6.7 Resistencia al envejecimiento de los empaques


6.9 Resistencia a la temperatura


Pruebas menores.- Se aplica un nivel de calidad aceptable de 10 para las especificaciones:


6.6 Obturador


121

6.10 Remoción de la tapa distribuidora


En ningún caso la muestra podrá ser menor a 5 especímenes.

8. Métodos de prueba

8.1 Medición de la cuerda de la conexión

8.1.1 Aparatos y equipos

Calibrador maestro de cuerdas (véase figura 1).

8.1.2 Procedimiento

a) Limpiar la cuerda de la conexión de la regadera para tubo RCT (NPT) de diámetro nominal de 13 mm (1/2”), con un paso de 14 hilos/25,4 mm (14 hilos por pulgada) retirando el nudo móvil, en caso de que presente rótula interna;

b) Acoplar manualmente el calibrador maestro de roscas (macho) a la conexión de la unión de la regadera, hasta lograr un apriete manual;

c) Observar qué zona del calibrador “pasa no pasa” se ajusta a la cuerda que se verifica.

8.1.3 Resultado

La prueba se considera aceptada si la cuerda cumple con el inciso 6.1.

8.2 Par de apriete para la instalación

8.2.1 Aparatos y equipo

Sistema mecánico de fijación;

Torquímetro con capacidad de 10 N m (1 kg-m);

Llave o adaptador para aplicar el par de apriete;

Niple, verificando su cuerda con un calibrador maestro de roscas hembra o anillo (véase figura 4).

8.2.2 Procedimiento

a) Sujetar la conexión de la regadera o el niple;

b) colocar la llave o adaptador a la conexión de la unión;

c) Aplicar un par de apriete de 5 N-m (0,5 kgf-m) a la conexión de la unión de la regadera;

8.2.3 Resultado

Observar visualmente el comportamiento de la conexión y comparar el resultado con lo establecido en la especificación.


8.3.1 Herramienta

Herramienta convencional de acuerdo al diseño de la fijación de la tapa distribuidora.

8.3.2 Procedimiento

Efectuar la operación de desmontaje, la cual debe requerir sólo la sujeción manual y el empleo de una herramienta convencional.

8.3.3 Resultado

Comparar que la operación cumple con lo establecido en el inciso 6.3.

8.4 Determinación del gasto

8.4.1 Herramienta y equipo

Equipo de prueba de acuerdo a la figura 2;

Manómetro sumergido en glicerina, con un rango de 0 a 196 kPa (0 a 2 kgf/cm2), con graduación

mínima de 9,8 kPa (0,1 kgf/cm2) y una exactitud de 2%;

Manómetro sumergido en glicerina, con un rango de 0 a 980 kPa (0 a 10,0 kgf/cm2), con graduación

mínima de 49 kPa (0,5 kgf/cm2) y una exactitud de 2%;

Equipo de medición de gasto con capacidad de medir flujos desde 1 a 15 l/min (mínimo)


122

8.4.2 Procedimiento

a) Limpiar la regadera, asegurándose que no contenga partículas o substancias extrañas en su interior;

b) Calibrar el equipo de prueba según lo indicado en el apéndice normativo A;

c) Conectar la regadera;

d) Bloquear el paso de agua a la regadera, cerrando la válvula número 10;

e) Regular y estabilizar la presión de prueba requerida (ver tabla 2), mediante el ajuste de las válvulas 3 y 4;

f) Abrir completamente la válvula 10;

g) Determinar el gasto (l/minuto) proporcionado por la regadera para cada prueba;

h) Realizar 3 veces la misma operación.

1 kPa = 0,0102 kgf/cm²

Nota: Las regaderas tipo manual deben proporcionar un gasto de 2 a 10 l/min.

8.4.3 Resultado

Obtener el promedio aritmético de los tres gastos suministrados por las regaderas correspondientes a cada presión de prueba y comparar los resultados con los requisitos de la especificación.

Nota: En el caso de regaderas que por su diseño dispongan de una tapa o distribuidor con ajuste y/o posición para su limpieza o mantenimiento, las pruebas de gasto deben realizarse en la posición de mayor gasto.


8.5.1 Herramientas y equipos

Equipo de prueba de acuerdo a la figura 2;

Dispositivo receptor del haz de lluvia de la regadera (véase figura 3).

Cronómetro con graduación mínima de 0,1 seg.

8.5.2 Procedimiento


b) Calibrar el equipo de prueba según lo indicado en el apéndice normativo A;

c) Conectar la regadera; para el caso de que la regadera tenga funciones múltiples debe cumplir en cuando menos una de ellas con esta especificación.

d) Abrir completamente la válvula 10;

e) Mediante el ajuste de las válvulas 3 y 4, regular y estabilizar el gasto de prueba requerido (ver tabla 3);

f) Bloquear el paso de agua a la regadera, cerrando la válvula número 10;

g) Colocar el dispositivo recolector a una altura de 0,60 m (ver figura 3), con su centro colineal al centro de la regadera;

h) Abrir la válvula 10 y moviendo ligeramente la regadera, centrar el haz de lluvia con respecto al centro de los diámetros del dispositivo recolector;


123

i) Cerrar la válvula 10;

j) Descargar el dispositivo receptor del haz de lluvia, asegurándose que no quede agua en el mismo;

k) Abrir completamente la válvula 10 por un periodo de 1 min;

l) Cerrar la válvula 10;

m) Medir el volumen total recolectado en el dispositivo (la suma del volumen recolectado en cada

receptáculo);

n) Obtener el porcentaje de la proporción de agua captada en el diámetro del anillo determinado (tabla 3), mediante la siguiente fórmula:

100captado total Volumen

odeterminad anillo del el en captado Volumenarecolectad agua de v olumen de %

o) Efectuar la prueba tres veces;

Tabla 3. Eficiencia del haz de lluvia a diferentes presiones de prueba

EFICIENCIA DEL HAZ DE LLUVIA

PRESION DE PRUEBA Volumen de agua captado en el recipiente recolector en su diámetro

de 0,12 m: 70% máximo

Volumen de agua captado en el recipiente recolector en su diámetro

de 0,42 m: 95% mínimo

BAJA 20 kPa (0,2 kgf/cm2) 98 kPa (1,0 kgf/cm2)

MEDIA 98 kPa (1,0 kgf/cm2) 294 kPa (3,0 kgf/cm2)

ALTA 294 kPa (3,0 kgf/cm2) 588 kPa (6,0 kgf/cm2)

8.5.3 Resultado

Obtener el promedio aritmético de las tres mediciones correspondientes a cada gasto probado y comparar los resultados con los requisitos de la especificación 6.5.

8.6 Funcionamiento del obturador


Equipo de prueba de acuerdo a la figura 2

8.6.2 Procedimiento

a) Conectar la regadera con el obturador abierto;

b) Bloquear el paso de agua a la regadera, cerrando la válvula 10;

c) Regular y estabilizar la presión de prueba en 98 kPa (1 kgf/cm²), mediante el ajuste de las válvulas 3 y 4;

d) Abrir completamente la válvula 10;

e) Colocar el obturador en posición “cerrado”

8.6.3 Resultado

Comparar los resultados con los requisitos de la especificación 6.6.

8.7 Envejecimiento de los empaques o sellos

8.7.1 Aparatos y equipo

Equipo con control de temperatura de 2ºC y con capacidad mínima de 80°C;

Calibrador Vernier de 0 - 150 mm con graduación mínima de 0,02 mm.

8.7.2 Procedimiento

a) Tomar los empaques empleados en la regadera;

b) Registrar las dimensiones básicas de los empaques usados en la regadera;

c) Colocar los especímenes en el horno a una temperatura de 70°C 2 durante 48 h;

d) Enfriar los especímenes probados a temperatura ambiente durante 2 h;


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e) Medir las dimensiones básicas de cada espécimen de prueba y obtener el promedio aritmético para cada concepto;

f) Obtener las diferencias de las lecturas iniciales, con respecto a las lecturas obtenidas después del envejecimiento y calcular los porcentajes de variación tomando como base 100 las lecturas iniciales.

8.7.3 Resultado

Comparar los resultados con los requisitos especificados en el inciso 6.7



Equipo de prueba de acuerdo a la figura 2

8.8.2 Procedimiento


b) Calibrar el equipo de prueba según el apéndice normativo A;

c) Conectar la regadera;

d) Con la válvula 10 cerrada, ajustar a la presión de prueba especificada en la tabla 4;

e) Abrir la válvula 10 en forma gradual, y mantener el flujo durante un tiempo de 10 minutos;

Tabla 4. Presión de prueba de acuerdo al tipo de regadera

REGADERA TIPO

PRESION DE PRUEBA kPa (kgf/cm²)

BAJA PRESION 294 (3,0)

MEDIA PRESION 588 (6,0)

ALTA PRESION 882 (9,0)

1 kPa = 0,0102 kgf/cm²

8.8.3 Resultado

Comparar los resultados con los requisitos especificados en el inciso 6.8

8.9 Resistencia a la temperatura de trabajo

8.9.1 Herramientas y equipo

Instalación hidráulica, según la indicada en la figura 2.

8.9.2 Procedimiento

a) Limpiar la regadera, asegurándose que no tenga partículas o substancias extrañas en su interior;

b) Instalar la regadera;

c) Calibrar el equipo de acuerdo al apéndice normativo A;

d) Ajustar la temperatura del agua a 82°C ± 4;

e) Cerrar la válvula 10 y ajustar la presión de trabajo máxima, indicada en la tabla 1 de acuerdo al tipo de regadera;

f) Abrir la válvula 10 y permitir el flujo continuo de agua a través de la regadera por un tiempo de 30 minutos;

g) Mantener la temperatura del agua dentro de la tolerancia durante el tiempo que dure la prueba, de no lograrse lo anterior, ésta debe suspenderse.

8.9.3 Resultado

Durante y al terminar el tiempo de prueba, verificar visualmente el comportamiento de la regadera y comparar con lo indicado en la especificación.

8.10 Remoción de la tapa distribuidora (excepto las libres de mantenimiento)

8.10.1 Herramienta


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Herramienta convencional de plomería de acuerdo al diseño de fijación de la tapa distribuidora.

8.10.2 Procedimiento

a) Inmovilizar la regadera de manera que se permita la remoción de la tapa distribuidora;

b) Con el empleo de la herramienta requerida, efectuar 50 veces la remoción de la tapa distribuidora;

8.10.3 Resultado

Comparar los resultados con los requisitos especificados en el inciso 6.10.


8.11.1 Herramientas y equipo

Dispositivo de prueba (véase figura 5).


a) Sujetar firmemente el cuerpo de la regadera o el niple al equipo de prueba;

b) Ajustar la carrera del equipo, para lo cual la carrera debe ser un 5% menor a la carrera total,

c) Hacer pasar por la regadera un flujo de agua que esté entre 1 y 2 l/minuto;

d) Ajustar la velocidad de prueba a 10 ± 2 ciclos/minuto.

e) Hacer funcionar el equipo durante el tiempo necesario para completar 10000 ciclos de prueba que establece la especificación;

f) Para regaderas con sistema de ajuste (tuerca unión), ésta debe apretarse manualmente cada 2000 ciclos, en casos de regaderas que requieran herramienta para apretar el nudo móvil, se debe aplicar un par de apriete de 5 N-m (0,5 kgf/m).

8.11.3 Resultado

Comparar los resultados con los requisitos especificados en el inciso 6.11.


8.12.1 Material y equipo

- Cámara de niebla salina

- Soporte de montaje


Colocar la regadera en el soporte de montaje e introducirlo en la cámara de niebla salina; hacer funcionar la cámara durante 96 horas, utilizando como mínimo el método establecido en la Norma NMX-D-122.

Al término de la prueba se debe lavar la regadera con agua.

8.12.3 Resultado

Si después de la prueba las partes externas de la regadera, sujetas a esta especificación, no presentan fallas del recubrimiento (burbujas, desprendimiento) en más de un 10% del área sujeta a examen, la regadera se considera aceptable.

9. Marcado

9.1 En el producto

Las regaderas objeto de esta Norma deben ostentar en forma legible:

La marca registrada o símbolo del fabricante;

9.2 En el envase o embalaje

El envase de las regaderas objeto de esta Norma deben tener marcado, como mínimo, en forma legible e indeleble los siguientes datos:

a) Marca registrada y/o logotipo del fabricante;

b) Denominación del producto;

c) Leyenda que identifique el país de origen;

d) Indicación de Certificación del Producto;

e) Tipo de presión de trabajo y niveles de edificación especificados.


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9.3 Instructivo

Debe incluirse o imprimirse en el envase un instructivo de instalación, operación, mantenimiento y esquema gráfico, en el que se mencionen los componentes que incluye la regadera.

10. Observancia de esta Norma

La vigilancia del cumplimiento de la presente Norma Oficial Mexicana corresponde a la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales por conducto de la Comisión Nacional del Agua. Las violaciones a la misma se sancionarán en los términos de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, Ley de Aguas Nacionales y su Reglamento, y demás disposiciones aplicables.

11. Bibliografía

Para la elaboración de esta Norma se consultaron los siguientes documentos:

CAN/CSA-B125-M PLUMBING PRODUCTS AND MATERIALS.- Canadá 1989.

ASME, A112.18.1M PLUMBING FIXTURE FITTINGS.- Estados Unidos de América 1989.

USAS B 2.1 PIPE THREADS (EXCEPT DRYSEAL).- Estados Unidos de América 1968.

ASTM B-368 Method for Copper - accelerated Acetic Acid - Salt Spray (Fog) Testing.

ASTM B-456 Standard Specification for Electrodeposited Coatings of Copper plus Nickel plus Chromium and Nickel plus Chromium.

ASTM B-487 Standard Test Method for Measurement of Metal and Oxide Coating Thickness by Microscopical Examination of a Cross Section.

ASTM B-604 Decorative Electroplated Coatings of Copper /Nickel /Chromium on Plastics.

12. Grado de concordancia con normas y recomendaciones internacionales

Esta Norma Oficial Mexicana no concuerda con normas internacionales, por no existir referencia alguna en el momento de su elaboración.

13. Vigencia

La presente Norma Oficial Mexicana entrará en vigor a los 180 días naturales posteriores a su publicación en el Diario Oficial de la Federación.

Dada en la Ciudad de México, Distrito Federal, a los ocho días del mes de junio de dos mil uno.- El Director General de la Comisión Nacional del Agua, Cristóbal Jaime Jáquez.- Rúbrica.


127

Figura 2: Instalación hidraulica (figura ilustrativa)

Diámetro de la tubería de la instalación: 12,7 mm (1/2 pulgada).

La conexión de la regadera debe ser rosca de tipo cónica para tubo RCT (NPT) de diámetro nominal de 13 mm (1/2”) (línea sencilla), con un paso de 14 hilos/25,4 mm (14 hilos /pulgada) (doble línea).

1. Tanque de almacenamiento

2. Bomba hidráulica

3, 4. Válvula para control de presión

5, 6. Válvula de paso para selección del manómetro

7, 8. Manómetros de alta y baja presión

9. Válvula para calibración (excepto de compuerta)

10. Válvula de esfera

11. Regadera de prueba

12. Recipiente aforado de 10 lts.

13. Sistema de resistencia y termostato

14. Termómetro

15. Equipo de medición (opcional)


128


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APENDICE NORMATIVO A.- “CALIBRACION DEL BANCO DE PRUEBAS HIDRAULICAS”

A.1. Alcance

Este apéndice normativo establece el procedimiento para calibrar el equipo hidráulico empleado en el banco de pruebas para efectuar las pruebas especificadas en los incisos 8.4, 8.5, 8.6, 8.8 y 8.9.

A.2. Banco de pruebas hidráulicas

La figura 2 muestra en diagrama de cuerpo libre la instalación hidráulica típica empleada en las pruebas mencionadas en el inciso A1.

A.3. Procedimiento

a) Sin la regadera a evaluar (número 11), abrir las válvulas 9 y 10, poner en funcionamiento el sistema de bombeo y permitir que el agua fluya a tubo abierto;

b) Cerrar la válvula 10 y operar las válvulas 3 y 4 hasta estabilizar la presión en el manómetro de alta presión a 98 kPa (1 kgf/cm²);

c) Abrir completamente la válvula 10 y con la válvula 9 regular el gasto a la salida, hasta que el gasto se estabilice en 16 l/min. ± 10%;

d) Cerrar la válvula 6 y 10 y operar las válvulas 3 y 4, hasta estabilizar la presión en el manómetro de alta presión a 294 kPa (3 kgf/cm²);

e) Abrir completamente la válvula 10 y comprobar que el gasto sea de 23 l/min ± 10%, si se logra esto, el equipo está calibrado;


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f) Si en el paso anterior no se logra la calibración, operar la válvula 9 hasta lograrlo y repetir las operaciones de los puntos b) al e), hasta obtener los gastos establecidos en ambas presiones (98 kPa y 294 kPa).

Notas:

1. Una vez calibrado el equipo de prueba no debe moverse la válvula 9 durante la realización de las pruebas. Verificar la calibración del equipo cada vez que se arranque nuevamente el mismo.

2. No obstante que la calibración del equipo de prueba se realiza en sólo 2 presiones (98 kPa y 294 kPa), ésta es válida para la prueba de resistencia a la presión hidráulica.

_________________________


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Apéndice B

Tolerancias ISO


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