Autoridades:
Dr. Fernando Sempértegui Ontaneda, Ph.D.
Rector de la Universidad Central del Ecuador
Ing. Cecilia Flores Villalva, MSc.
Decana, Facultad de Ingeniería Ciencias Físicas y Matemática-FICFM
Ing. Flavio Arroyo Morocho, MSc.
Subdecano, Facultad de Ingeniería Ciencias Físicas y Matemática-FICFM
Consejo Editorial:
Ing. Cecilia Flores Villava, MSc., Presidenta, Universidad Central del Ecuador, ECUADOR
Ing. Flavio Arroyo Morocho, MSc., Subdecano, FICFM-Universidad Central del Ecuador, ECUADOR
Ing. Inf. César Morales Mejía, M. Ed., Editor, Universidad Central del Ecuador, ECUADOR
Ing. Abel Remache Coyago, MSc., Editor Académico, Universidad Central del Ecuador, ECUADOR
Ing. Paulina Viera Arroba, MSc., Universidad Central del Ecuador, ECUADOR
Dr. Jhohannes Pittz, MA., MIB., Ph.D. (c ), Miembro, EU Business School Munich, ALEMANIA
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Dr. José Luis Paz, Ph.D., Miembro, Escuela Politécnica Nacional-EPN, ECUADOR
Dr. Jesús López Villada, Ph.D., Miembro, Universidad Internacional SEK, ECUADOR
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Este número estuvo bajo la coordinación editorial de Ing. Inf. César Morales Mejía, M.Ed., editor académico
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ISSN impresa 2588-0829
ISSN electrónica 2697-3243
ÍNDICE
Influencia de la interacción (ISE) de cimentaciones superficiales en suelos
no cohesivos en el comportamiento estructural de una edificación de 8 pisos .................... 5
Morales L., Espinosa A.
Tecnologías de fabricación y su influencia en el Diseño Industrial ................................... 27
Jácome P., Valverde C.
El rol de la movilidad sostenible en el DM de Quito ........................................................ 37
Arroyo F., Remache A.
Volante de inercia: sistemas y materiales aplicados en medios
de transporte de pasajeros ............................................................................................... 47
Remache A.
El Proceso del Diseño Industrial como herramienta de la gestión
de la empresa .................................................................................................................. 71
Arroyo F., Bravo D.
Diseño Industrial en el Ecuador: Importancia, Historia y Oportunidades ......................... 84
Guanoluisa R., Bravo D.
Normas para publicar en la revista ................................................................................ 104
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5
ISSN electrónica 2697-3243
Revista INGENIO N.º 1 vol. 3 (2020)
Influencia de la interacción suelo estructura (ISE) de cimentaciones
superficiales en suelos no cohesivos en el comportamiento
estructural de una edificación de 8 pisos y un subsuelo
Influence of The Soil Structure Iteraction (Ise) on Surface Foundations and Cohesive Soils In The
Structural Behavior of an Eight-Story Basement Building
Morales L.
1
; Espinosa A.
2
1 Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática. Quito, Ecuador
e-mail: lwmorales@uce.edu.ec
2 Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y Ambiental. Quito,
Ecuador
e-mail: alejandrostead@hotmail.com
Información del artículo
Recibido: febrero 2020
Aceptado: marzo 2020
RESUMEN
Se comparan periodos de vibración y derivas de pisos obtenidos de modelos tradicionales con base rí-
gida (empotramiento perfecto), y otros, donde el suelo se representa con funciones de impedancia y,
directamente mediante elementos finitos no lineales (método directo). Se usa como proyecto base una
edificación de ocho niveles y un subsuelo, que interactúa con un suelo no cohesivo blando. Para las cargas
sísmicas se consideraron: el espectro de la Norma Ecuatoriana de la Construcción y el de sitio, que co-
rresponde de acuerdo con la ubicación del proyecto, al generado por el segmento de la falla de Quito de-
nominado Puengasí. Adicionalmente, se usan historias en el tiempo escaladas de acuerdo con el espectro
de sitio. El comportamiento no lineal de la estructura se logra por medio de rótulas plásticas. Se observa
que el modelo que incluye interacción mediante funciones de impedancia varía hasta un 45% respecto al
de base rígida, sin embargo, da resultados conservadores respecto al método directo.
Palabras clave: interacción suelo estructura, espectro de respuesta, periodo de vibración de la estructura y
derivas de piso.
ABSTRACT
Vibration periods and floor drifts are obtained from traditional models with a rigid base (perfect embed-
ment), and others, where the floor is represented with impedance functions and, directly by finite non-li-
near elements (direct method). An eight-level building and a subsoil is used as the base project, which
interacts with a soft non-cohesive soil. For the seismic loads were considered: the spectrum of the Ecua-
dorian Standard of Construction and the site, which corresponds according to the location of the project,
to the one generated by the segment of the Quito fault called Puengasí. Additionally, time-scaled stories
are used according to the site spectrum. The non-linear behavior of the structure is achieved by means
of plastic ball joints. It is observed that the model that includes interaction through impedance functions
varies up to 45% with respect to the rigid one, however, it gives conservative results with respect to the
direct method.
Keywords: soil structure soil, response spectrum, period of structure vibration and story drifts.
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1. Introducción
Para el diseño estructural de edificaciones se em-
plean apoyos de base rígida, el cual presenta una
rigidez infinita provocando una reducción de los
movimientos de entrada de un terremoto, que se
traduce en periodos de vibraciones de la estruc-
tura menores a los reales. La interacción suelo es-
tructura (ISE) por otro lado considera un apoyo
flexible, que genera movimientos de entrada más
reales.
Modelar a la cimentación como empotramiento
perfecto es una simplificación de la ISE y consi-
dera que el suelo es rígido. Un suelo es rígido de-
pendiendo del valor Vs30 (velocidades de ondas
de corte a 30m de profundidad) y la clasificación
propuesta por [1] es empleada por muchos códi-
gos de sismo resistencia.
Tabla 1. Clasificación de perfiles de suelos
Descripción
Vs30 m/s
Roca rígida
>1500
Roca de rigidez media
760 a 1500
Suelos muy densos o roca
360 a 760
Suelos rígidos
180 a 360
Arcillas blandas
<180
Suelos especiales
En suelos blandos y especiales conlleva un error
el modelar a la cimentación como empotramien-
to perfecto, todo esto debido a que los valores del
módulo cortante máximo y secante (Gmax y Gsec)
son pequeños. Una manera fácil de estimarlos es
mediante la siguiente ecuación:
Donde:
Gmax : Módulo de corte máximo
ρ : Densidades del suelo
Vs : Velocidad de ondas de corte
G/Gmax puede estimarse de igual manera en fun-
ción de la clasificación del perfil de suelos [2].
Tabla 2. Tabla de Módulo cortante efectivo G/Gmax
Pico de aceleraciones efectivas PGA (a)
Tipo
PGA=0
PGA=0.1
PGA=0.4
PGA=0.8
A
B
C
D
E
F
1
1
1
1
1
(b)
1
1
0.95
0.9
0.6
(b)
1
0.95
0.75
0.5
0.05
(b)
1
0.9
0.6
0.1
(b)
(b)
(a) Use interpolación lineal para valores inter-
medios de PGA.
(b) Se realizarán investigaciones geotécnicas es-
pecíficas del sitio y análisis dinámicos.
Gmax y Gsec se obtienen directamente de ensayos
cíclicos de suelos como triaxiales, ensayos de corte
directo, ensayos de corte torsional y columna re-
sonante.
Figura 1. Curva histéresis del suelo
1.1 Método de la subestructura - Modelo B
El método de la subestructura se basa en represen-
tar a la cimentación como un apoyo rígido o por
medio de resortes.
El análisis con resortes emplea las funciones de
impedancia a partir Pais-Kausel [2]:
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Donde:
G : Gsec
B : Base de la cimentación
L : Largo de la cimentación
C : Amortiguamiento
β : Amortiguamiento por radiación
ν : Coeficiente de Poisson
K
: Rigidez
1.2 Método directo de ISE-Modelo C
Para emplear este método es necesario escoger un
modelo de elasto-plasticidad adecuado del suelo.
El modelo Hardening Soil with small-strain stiff-
ness HSSMALL se ajusta al tipo de suelo encontra-
do en las investigaciones de campo y es necesarios
definir los siguientes parámetros:
m
:
Dependencia de la rigidez al estado de
esfuerzos.
:
Módulo elasticidad secante en ensa-
yos triaxiales.
:
Módulo de elasticidad tangente para
carga primaria del ensayo edométrico.
:
Rigidez de carga y descarga en ensa-
yos triaxiales cíclicos
:
Relación de Poisson para carga y des-
carga.
:
Módulo de corte máximo en defor-
maciones muy pequeñas
:
Tensión de corte de umbral en la que
G=0.722Go (15).
Según [3, p. 52] este parámetro se define grafican-
do
versus
, el por dejecto
tiene un valor de 100KPa (1.02kg/cm2).
8
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El valor de se lo puede estimar mediante el ín-
dice de hinchamiento (Cs) del ensayo edométrico
mediante la siguiente ecuación:
El valor del coeficiente de poisson ν se lo puede de-
finir directamente mediante el coeficiente de repo-
sos del suelo , también se puede definir en base
a una relación elástica entre el módulo de Young
que está definido por E
50
mediante , donde G
representa módulo de corte .
Figura 2. Determinación de m en función de los
resultados de un ensayo triaxial
Donde:
(15)
Curva Esfuerzo - Deformación del suelo para di-
ferentes presiones de confinamiento.
Definido el parámetro m y E
50
se procede a calcu-
lar
mediante la siguiente expresión, la cual ha
sido tomada directamente de los creadores de este
modelo 1 [4, p. 2].
(16)
El parámetro si se cuenta con un ensayo edo-
métrico se calcula directamente mediante:
(17)
Representa a la relación de vacíos asociada
a la presión de preconsolidación que los textos de
mecánica de suelo normalmente la denominan
, Cc es el índice de compresibilidad que se ob-
tiene de un ensayo edométrico, definido E
oed
se lo
referencia a un estado de presiones mediante:
(20)
(21)
(22)
Con el fin de garantizar cálculos realistas el módu-
lo de volumen del agua debe ser alto en compara-
ción con el módulo de volumen del esqueleto del
suelo. Esta condición está suficientemente asegu-
rada al requerir ν ≤0.35 [5, p. 24].
El Ko no se calcula de la misma manera para todos
los tipos del suelo para arcillas normalmente con-
solidadas k
o
y para suelos de granos gruesos sobre
consolidados k
o
, esto según los propios autores de
las formulaciones [6] y [7] respectivamente. Hay
que tomar en consideración que Ko no puede ser
mayor que 1.
k
o
=1-senoϕ (23)
k
o
=(1-senoϕ) OCR
Senoϕ
(24)
Para suelos granulares νur se obtiene directamente
mediante E
O
, si no se cuenta con ensayos cíclicos lo
más práctico es emplear correlaciones para definir
dichos parámetros. Uno de los parámetros se cal-
cula mediante GO [2, p. 132], donde Vs es la veloci-
dad de ondas de corte. El parámetro Eo para todos
tipos de suelos para humedades naturales menores
al 50% según [8] se puede calcular mediante:
E
O
=2(1+νur )GO
(25)
(26)
9
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Por lo tanto
(27)
2. Desarrollo
La ubicación del proyecto está en las coordenadas:
Este: 779965.05E
Sur: 9963229.87S.
El ángulo de dilatancia se puede obtener mediante
[3, p. 107].
ψ=0 Para suelos normal y ligeramente consolidados
Para suelos sobre consolidados
Para suelos fuertemente sobre consolidados
La interfaz por otro lado se emplea para simular
la rigidez virtual que se genera entre el suelo y la
cimentación y cuyo cálculo se lo realiza a partir de
las siguientes ecuaciones [26, p. 189]
(29)
(30)
(31)
(32)
Donde:
Figura 3. Ubicación de Google Earth del lugar de
investigación
Se realizaron 5 sondeos SPT en los cuales se ex-
trajeron muestras inalteradas para la ejecución de
4 ensayos triaxiales y un ensayo de consolidación.
Además, se realizaron ensayos geofísicos como el
VS30 y periodos de vibración natural del depósito
por el método [9].
Nakamura propone un método para la estimación
de características dinámicas de las capas superfi-
ciales utilizando Micro tremores en la superficie,
siendo el micro tremor aquel movimiento regis-
trado en el suelo de corto periodo accionado por
fuerzas artificiales, en esta investigación se obser-
vó que el tremor horizontal se ve amplificado a
través de la multireflexión de la onda S mientras
que el tremor vertical es a través de la reflexión de
la onda P, dando como resultado que la relación
de los espectros horizontales y verticales del mi-
cro tremor es una función de transferencia apro-
ximada [9].
Los resultados de los ensayos triaxiales en térmi-
nos efectivos son los siguientes:
:
Es el módulo de elasticidad de ensayos
edométricos
νi
:
Coeficiente de Poisson de la interfaz,
cuyo valor recomendado es de 0.45
L
:
es la longitud de análisis, que por de-
fault se le asigna 1m
tv
:
Es el espesor virtual de la interfaz (Ge-
neralmente tiene un valor entre 0.01 ~
0.1, cuanto mayor sea la diferencia de
rigidez entre el suelo y la estructura,
menor será el valor)
R
:
Factor de reducción estructural cuyos
valores son:
Arena/Acero
=
0.6 – 0.7
Arcilla/Acero
=
0.5
Arena/Hormigón
=
0.80-1.00
Arcilla/Hormigón
=
0.70-1.00
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Tabla 3. Resultados ensayos triaxiales
Pozo
Prof.
(m)
γh/γsat
(T/m³)
γs
(T/m³)
Ø
c (kg/
cm²)
Efec
Efec
Pz5
0.5-
1.5
1.83
1.42
8.66
0.29
Pz5
1.5-
2.5
1.83
1.34
7.03
0.21
Pz5
2.5-
3.5
1.74
1.28
5.14
0.18
Pz4
4.5-
5.5
1.79
1.31
6.11
0.177
Los resultados del ensayo edométrico son los si-
guientes:
Tabla 4. Resultados ensayos de consolidación
RESULTADOS
γh =
1.75
Presión
(kg/cm²)
e1
K (cm/seg)
γs =
1.37
0.51
0.551
1.18E-06
Cc =
0.134
1.02
0.536
3.93E-07
Cr =
0.078
2.04
0.513
5.55E-07
Cs =
0.014
4.08
0.482
4.42E-07
eo =
0.59
8.15
0.442
1.43E-07
σm (kg/cm²) =
3.14
σo (kg/cm²) =
0.79
OCR =
4
Para estimar el Vs30 se empleó el método combinado
ReMi/MASW y cuyos valores se reportan a continuación:
Figura 4. Valores de velocidades de ondas de corte Vs
combinados
Se ha estimado un valor de
Mientras que el cociente espectral H/V del mé-
todo Nakamura ha estimado un valor de Perio-
do=0.978Hz=1.022seg.
Figura 5. Espectro de cocientes espectrales H/V.
2.1 Espectro de sitio
2.2 A partir de la NEC-15
El análisis se desarrolla en el Cantón Quito, para
una estructura de hormigón Armado, para una ve-
locidad de ondas de corte de 339m/seg, aplicando
la [24] se tiene:
Tabla 5. Coeficientes sísmicos
CARGA DE SISMO-NEC-SE-DC
Parámetro
Valor
Unidad
Coeficiente Ct=
0.055
Coeficiente para cálculo de Periodo
α=
0.9
Periodo Natural de Vibración T1=
1.24
seg
Periodo Natural de Vibración
Máxima T2=
1.62
seg
Factor de importancia I=
1
Factor de reducción de respuesta R=
8
Relación de amplificación espectral
n=
2.48
Zona Sísmica =
V
ALTA
Factor de Zona Z =
0.4
Tipo de suelo=
D
Factor de sitio Fa=
1.2
Factor de Sitio Fd=
1.19
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Para facilitar el uso de tablas se abrevia Puengasí
por P, Ilumbisí-La Bota por ILB, Carcelén-El Inca
por CEI, Bellavista-Catequilla por BC, y Tan-
guahuilla por T.
La data base del PEER emplea los modelos de ate-
nuación que tratan de describir el efecto que sufre
una onda sísmica, al momento de desplazarse so-
bre la corteza terrestre, y se requieren varios pará-
metros para su cálculo como:
Los coeficientes sísmicos de la tabla 3, permiten
realizar el grafico del espectro, el cual se encuentra
representado en la gráfica 2.
2.3 A partir del segmento de falla de Quito
La falla de Quito se divide en ocho segmentos, se
ha optado por estimar los espectros a partir de la
data base del PEER [10].
La referencia de las fórmulas empleadas se las pue-
de encontrar en [12]:
Figura 6. Segmentos de falla de Quito, modificado de [11]
Parámetro
Valor
Unidad
Factor comportamiento no lineal
Fs=
1.28
Periodo Tc =
0.70
Factor r=
1
Periodo TL=
2.86
Periodo Modelo (Tmod)=
1.2445
Aceleración espectral Sa=
0.67
g
Factor irregularidad en Planta Фp =
1
Factor irregularidad en elevación
ФE =
1
Factor de reducción (f)=
0.1250
Factor k
1.37
Mw
Magnitud de momento
RRUP
Distancia más cercana del sitio al
plano de falla en km
RX
Distancia horizontal más cercana
al borde superior del plano de fa-
lla medido en forma perpendicular
desde la dirección del rumbo en km
RJB
Distancia horizontal más cercana a
la proyección del plano de falla en la
superficie en Km
RYO
es la distancia horizontal desde el
final de la ruptura medida paralela-
mente
Ztor
Profundidad hasta el borde superior
del plano de ruptura en Km
W
Ancho de la falla en Km
Dip δ
Angulo de buzamiento promedio
del plano de ruptura en grados
Rake λ
Angulo entre la dirección de desliza-
miento en el plano de falla y la orien-
tación de la falla en la superficie
Vs30
Velocidades de ondas de corte a 30m
de profundidad m/seg
Z1.0
Profundidad a la que la velocidad de
la onda de corte es Vs=1.0Km/seg
Z2.5
Profundidad a la que la velocidad de
la onda de corte es Vs=2.5Km/seg
Zhyp
Profundidad hipocentral del sismo
en km
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Sabiendo que se ha asumido un ángulo α=-50° y
que se encuentra entre -180°≤α<0°, la distancia Rx
se calcula como:
La distancia Rrup para ángulos δ≠90°, se debe cal-
cular como:
El valor de β, representa al parámetro de relación
Gutenberg-Richter, defino por [13].
La tasa de acumulada de sismos con GR Modifica-
da se aprecia en la siguiente gráfica:
Figura 7. Tasa acumulada de sismos mediante GR
modificada
Según [14], se debe asumir que el hipocentro se
encuentra en el centroide del plano.
Los parámetros que se indican a continuación se
pueden determinar de acuerdo con [15] y [16].
Según [16], Ry0 solo se debe usar para sitios en el
lado HW (Hanging-wall site), en nuestro caso no
aplica y el valor Ryo=0. El tipo de falla de Quito es
Dips-Slip es decir de movimiento vertical.
Z1.0 y Z2.0 se calcula de acuerdo a la siguiente
ecuación:
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Z1.0: Profundidad a la que la velocidad de la onda
de corte es Vs=1.0Km/seg
Z2.5: Profundidad a la que la velocidad de la onda
de corte es Vs=2.5Km/seg
El resumen de los valores para encontrar el espec-
tro de respuesta, en base a los modelos de atenua-
ción de [17], [14] y [18], son:
Tabla 6. Resumen para definir el espectro de Puengasí
Segmento
P
ILB
CEI
BC
T
Tipo
Longitud (km)
Área (km²)
Mw
RJB (km)
Ángulo α
Zhyp (km)
W (km)
Rx (km)
Buzamiento δ°
ZTOR (km)
R RUP´ (km)
Ryo (km)
R RUP (km)
Inversa
22
259
6.23
5.36
-50.00
12.49
8.80
-4.11
55
8.16
9.14
3.45
9.77
Inversa
15
176
6.06
10.52
-50.00
12.45
7.49
-8.06
55
8.77
11.91
6.76
13.70
Inversa
7
82
5.65
22.87
-50.00
12.37
5.09
-17.52
55
9.87
20.11
14.70
24.91
Inversa
17.5
191
6.14
18.25
-50.00
12.47
8.08
-13.98
55
8.50
16.36
11.73
20.13
Inversa
12
108
5.9
37.86
-50.00
12.42
6.44
-29.00
55
9.25
30.44
24.34
38.97
El parámetro épsilon ε, se utiliza para definir el
número de desviaciones estándar respecto a la me-
diana representada por un nivel de movimiento
del suelo en particular [19].
Por ejemplo, el espectro de percentil 84 es un es-
pectro donde los niveles de movimiento del suelo
son una desviación estándar por encima de la me-
diana en todos los periodos espectrales y el valor
de épsilon ε=1.
Ingresando todos los parámetros calculados del
segmento de falla Puengasí, en la plataforma [10].
Figura 8. Parámetros cargados en la plataforma PEER,
para la falla de Puengasí
Se emplea un percentil 84 es un espectro donde los
niveles de movimiento del suelo son una desvia-
ción estándar por encima de la mediana en todos
los periodos espectrales y el valor de épsilon ε=1.
En el siguiente gráfico se presentan los espectros
de cada falla junto con el NEC-SE-DS-15.
Figura 9. Todos los espectros comparando con la
NEC-SE-DS [20]
14
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Para el análisis de ISE, se emplealosespectrosdela NEC-
SE-DS, 2015 y de Puengasí, ya que son los más críticos.
2.4 Características de la edificación
La dimensión en planta de la estructura es de 20x23m,
además cuenta con volados de 2.20m y 2.50m.
Figura 10. Dimensiones en planta
La edificación es de 8 niveles más un subsuelo, la
altura de entre pisos es de 3.24m con excepción de
la tapagrada cuya altura es de 3.06m.
Figura 11. Elevación de la estructura
Es una estructura de hormigón armado con una
resistencia a la compresión simple del hormigón
f ’c=40MPa y un acero de refuerzo con una resis-
tencia a la fluencia en barras de Fy=420MPa.
Tabla 7. Características del hormigón y acero de
refuerzo en barras
Descripción
Hormigón
Acero
Unid.
Peso por
volumen
23.5631
76.9729
KN/m³
Masa por
volumen
2402.77
7849.074
Kg/m³
Módulo de
elasticidad
29725.41
199947.98
MPa
Coef. De Poisson
0.2
-
-
Coef. Expa.
Termal
0.0000099
0.0000117
I/C
Módulo de corte
G
12385.59
-
MPa
Fe
40
-
MPa
Fy
-
420
MPa
Fu
-
620
MPa
Fye
-
455
MPa
Fue
-
683
MPa
En la estructura se definieron columnas
de 650x650mm (bordes y esquineras) y de
700x7000mm (centrales), vigas de 500x650mm,
una cimentación de 500mm, losa de entrepiso ma-
ciza de 180mm y muros de sótano de 250m. Cada
uno de los elementos con su respectivo valor de
inercias agrietadas 0.8 columnas, 0.5 vigas, 0.5 lo-
sas y 0.6 para los sótanos [21, p. 54].
2.5 Método de la subestructura
Modelar un edificio con sótanos según la [22, p.
6.7], tiene varias alternativas.
15
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Tabla 8. Modos de vibración de la estructura con base
rígida
Figura 12. Métodos para modelar estructuras con
sótanos
El método 2 (Base rígida), es el más empleado y el
que no involucra un análisis de ISE y este método
será empleado para comparar los resultados de los
otros modelos. El método 4, aunque no contem-
pla todos los parámetros del suelo representa un
modelo avanzado ya que involucra la introducción
de rigideces mediante las funciones de impedancia
que representan al suelo, tanto en la cimentación
como en los sótanos.
2.6 Base rígida-Modelo A
Se ingresa los espectros de sitio multiplicando por
el factor de reducción de 0.125 de la tabla 5.
En la norma Ecuatoriana de la Construcción-Ca-
pitulo de Peligro Sísmico y Diseño Simoresistente
[21], solicita que los espectros de respuesta deben
tener al menos un 85% de fuerza basal al compa-
rar con el sismo estático, dicho en otras palabras,
los espectros ingresados han sido calibrados para
cumplir dicha especificación.
Los periodos de vibración son los siguientes:
Las derivas máximas en X e Y son las siguientes.
Figura 13. Derivas máximas del Modelo A, con
Espectro NEC
Caso
Modo
Periodo (seg)
Modal
1
1.06
Modal
2
0.98
Modal
3
0.89
Modal
4
0.33
Modal
5
0.31
Modal
6
0.28
Modal
7
0.18
Modal
8
0.17
Modal
9
0.16
Modal
10
0.12
Modal
11
0.11
Modal
12
0.10
Modal
13
0.08
Modal
14
0.08
Modal
15
0.07
Modal
16
0.07
Modal
17
0.07
Modal
18
0.06
Modal
19
0.05
Modal
20
0.05
Modal
21
0.04
Modal
22
0.04
Modal
23
0.03
Modal
24
0.02
16
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Donde:
Gmax
Módulo de corte estimado
ρ
Densidades del suelo
Vs
Velocidades de ondas de corte
De los ensayos triaxiales y las mediciones en cam-
po del peso unitario del suelo, está en el orden de
1.80T/m3 y el ensayo Vs tiene un valor de 248m/
seg, para de una profundidad de -10.0m (ver fi-
gura 3).
Figura 14. Derivas máximas del Modelo A, con
Espectro Puengasí
Según [21, p. 69] las derivas finales se calculan
como:
Para el espectro NEC se tiene:
∆x=0.01136
∆y=0.00981
Para el espectro Puengasí se tiene:
∆x=0.01102
∆y=0.0090
2.7
ISE con funciones de impedancia-Modelo B
Lo que trata este modelo es el de representar me-
diante un sistema lineal equivalente el comporta-
miento no lineal del suelo asociados a unas defor-
maciones aceptables, el punto de partida por lo
tanto es estimar Gmax a partir de mediciones de
campo como el Vs30 [2, p. 132].
Según ASCE 41 [2, p. 132], el valor de G/Gmax se
puede obtener de la siguiente tabla:
Tabla 9. Tabla de Módulo cortante efectivo G/Gmax
Pico de aceleraciones efectivas PGA (a)
Tipo
PGA=0
PGA=0.1
PGA=0.4
PGA=0.8
A
B
C
D
E
F
1
1
1
1
1
(b)
1
1
0.95
0.9
0.6
(b)
1
0.95
0.75
0.5
0.05
(b)
1
0.9
0.6
0.1
(b)
(b)
(a) Use interpolación lineal para valores intermedios de
PGA
(b) Se realizarán investigaciones geotécnicas específicas del
sitio y análisis dinámicos de la respuesta del sitio
A este perfil de suelo se lo clasifica como Tipo D y
un PGA=0.4, donde Gsec es:
El procedimiento para el cálculo de las rigideces
dinámicas y amortiguamiento es la siguiente:
•
Se calcula la rigidez dinámica para x, y, z y sus
componentes rotacionales
•
Se calcula los factores de corrección por em-
bebido para x, y, z y sus componentes rotacio-
nales η
17
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•
Se calcula los modificadores de rigidez diná-
mica por radiación de ondas para x, y, z y sus
componentes rotacionales α
•
Se calcula los modificadores de rigidez diná-
mica por radiación de ondas para x, y, z y sus
componentes rotacionales β
•
Se calcula la componente de rigidez dinámica
K
emb
=Kxηxα para x, y, z y sus componentes ro-
tacionales
•
Se calcula la componente de amortiguamiento
para x, y e z y sus componentes
rotacionales ( es la frecuencia de vibración de
la estructura).
•
Se divide K
emb
y C para el área de cimentación.
Esto involucra distancias entre los bordes de la ci-
mentación donde la rigidez toma valores más altos
que al compararlos con las esquinas y centro.
Tabla 10. Resumen de rigideces. Fuente: Los Autores
Figura 15. Asignación de rigideces
Rex=5.75m
Rey=5.00m
Los periodos de vibración asociados a una estruc-
tura con base flexible son los siguientes:
Tabla 11. Modos de vibración de la estructura con
base flexible
Caso
Modo
Periodo (seg)
Modal
1
1.55
Modal
2
1.43
Modal
3
1.24
Modal
4
0.46
Modal
5
0.43
Modal
6
0.39
Rigidez
Rigidez (KN/m3)/Direc-
ción local
Observaciones
1
2
3
KB
7058
6973
35040
Dimensión
corta
KCENTRO
7058
6973
10160
Centro
KESQ
7058
6973
33210
Centro
KL
7058
6973
31370
Dimensión
larga
KMURO-BA-
SE
0
0
20730
Dimensión
corta
KMU-
RO-LARGO
0
0
17810
Dimensión
larga
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Figura 17. Derivas máximas base flexible con Espectro
Puengasí
Para el espectro NEC:
∆x=0.020
∆y=0.0176
Para el espectro Puengasí:
∆x=0.0188
∆y=0.0168
Las derivas máximas en X e Y son las siguientes.
Figura 16. Derivas máximas base flexible con Espectro
NEC
Valores inferiores a 0.02 que reporta [21].
2.8 Método directo de ISE-Modelo C
El modelo directo representa tanto al suelo como
la estructura directamente en la ISE, para realizar
este análisis es necesario el empleo de elementos
finitos. Para emplear este método es necesario em-
plear un modelo de rotura adecuado del suelo en
donde se introduzcan todos los parámetros ade-
cuados de la representación de la no linealidad del
suelo. Para este modelo, se emplea la ecuación de
movimiento completa p(t), [21]
(52)
2.9 Modelo HSSMALL
Se presenta los cálculos de triaxial para el mo-
delo HSSMALL. Se debe considerar que existen
Caso
Modo
Periodo (seg)
Modal
7
0.26
Modal
8
0.24
Modal
9
0.22
Modal
10
0.17
Modal
11
0.16
Modal
12
0.15
Modal
13
0.12
Modal
14
0.12
Modal
15
0.10
Modal
16
0.10
Modal
17
0.09
Modal
18
0.09
Modal
19
0.08
Modal
20
0.08
Modal
21
0.07
Modal
22
0.06
Modal
23
0.04
Modal
24
0.03
19
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parámetros por default en este modelo por ejem-
plo que es la presión de referencia que se asigna
100KPa=1.02kg/cm2 que no es más que la presión
atmosférica. Otro parámetro es la relación de falla
Rf que es igual a 0.9.
Para el cálculo de se traza la línea qf, para
posterior encontrar q al 50% de qf, se traza la recta
que cruza q50% y se determina la pendiente de la
recta que resulta ser . Posterior es necesario reali-
zar la curva de dependencia E50 vs los estados de
esfuerzos. Este procedimiento servirá para tratar
de definir el valor de m (dependencia de la rigidez
al estado de esfuerzos).
Figura 18. Dependencia E50 con los estados de
esfuerzo
Se tiene tres valores de m para cada combinación
de los esfuerzos efectivos, cada uno de los cuales
es diferente, debido a que este suelo no cumple
como una recta.
El valor m esta entre 0.65 a 0.8, por otro lado, de la
gráfica 2 se tiene varios valores, siendo el de 0.66
el que más se ajusta.
se realiza para cada presión de confinamien-
to σ
3
.
Figura 19.
para una presión de confinamiento
σ3=0.52kg/cm
2
Figura 20.
para una presión de confinamiento
σ3=0.50kg/cm
2
20
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El parámetro se calculó de acuerdo con la
ecuación 19, con un resultado:
Tabla 13. Cálculo de
Figura 21. para una presión de confinamiento
σ
3
=0.75kg/cm
2
Para definir se emplea el ensayo edométrico,
dando como resultado:
Tabla 12. Cálculo de
La tabla 10 sirve para un estrato que va desde 0.00
a -3.50m y la tabla 11 es para el estrato de -3.50m
hasta -10.0m.
Tabla 14. Parámetros para el modelo HSSMALL del
primer estrato
Angulo de fricción interna Ø =
7
Presión referencia kg/cm² =
1
OCR
4
m
0.7
E5o ref kg/cm²=
48
Kocn
1
Eoed ref (kg/cm²)=
49.2
Eur ref
Índice hinchamiento Cs
0.01
Relación de vacíos e0
0.59
Konc
1
E50 kg/cm² =
47.95
G kg/cm² =
17.98
Poisson μ =
0.33
Presión referencia kg/cm²=
1.02
Eur ref (kg/cm2)=
165.9
Parámetro
Descripción
Valores
μ
Coeficiente de Poisson
0.33
yhum
Peso unitario húmedo
17.65 KN/m³
c
Cohesión
20.26 KN/m³
Ø
Ángulo de fricción
7.03
Ysat
Peso unitario saturado
19.613 KN/m³
eo
Relación de vacíos inicial
0.59
k
Coeficiente de permeabi-
lidad
1.18E-08 m/seg
E50 ref
Módulo de elasticidad se-
cante en ensayos triaxiales
4702.66 KN/m²
Eoed ref
Módulo de elasticidad
secante en ensayos edo-
métricos
4824.69 KN/m²
Eref ur
Módulo de elasticidad de
carga y descarga en ensa-
yos cíclicos
16267.12KN/m²
Rf
Relación de falla
0.90
oref
Esfuerzo de referencia
100.03 KN/m²
21
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Parámetro
Descripción
Valores Parámetro
Descripción
Valores
m
Dependencia de la rigidez
0.66
Ψ
Ángulo de dilatancia
2.04
konc
al estado de esfuerzos
Coeficiente de suelo en
OCR
1.039579
Relación de sobre conso-
lidación
3.99
Ψ
reposo
Ángulo de dilatancia
2.34
Vs
Velocidades de ondas de
corte
248.00
OCR
Relación de sobre conso-
lidación
3.99
Go
Módulo cortante máxi-
mo
110047.27 KN/
m
²
Vs
Velocidades de ondas de
corte
248.00
IP
Índice plástico
15.00
Go
Módulo cortante máximo
yO.7
110662.06 KN/m²
0.0001788566
IP
Índice plástico
15.00
yO.7
0.0001788566
Tabla 15.
Parámetros para el model
segundo estrato
2.10 Acele
o HSSMALL del
Se ha sele
trado en la
componen
rograma escalado
ccionado el sismo de
estación EPN y se ha
tes sísmicas en la direc
Conocoto regis-
ocupado las dos
ción E y N [24].
Parámetro
Descripción
Valores
Este sismo
ocurrió el 17 de febrer
o del 2017 [25].
μ
Coeficiente de Poisson
0.33
A los acele
rogramas se aplicó la co
rrección de línea
yhum
Peso unitario húmedo
17.55 KN/m³
base de tip
o polinómica cúbica y
filtrado de fre-
c
Cohesión
17.36 KN/m²
cuencias ti
po Butterworth (0.10H
z y 25Hz) [27].
Ø
Ángulo de fricción
6.11
Ysat
Peso unitario saturado
19.221 KN/m³
(y=a0+a1x+
a2x
2
+a3x
3
)
(53)
eo
Relación de vacios inicial
0.59
k
Coeficiente de permea-
bilidad
1.18E-08 m/seg
E50 ref
Módulo de elasticidad
secante en ensayos
triaxiales
4788.76 KN/m²
Eoed ref
Módulo de elasticidad
secante en ensayos edo-
métricos
4899.78 KN/m²
Eref ur
Módulo de elasticidad de
carga y descarga en ensa-
yos cíclicos
16333.78KN/m²
Rf
Relación de falla
0.90
oref
Esfuerzo de referencia
100.03 KN/m²
m
Dependencia de la rigi-
dez al estado de esfuerzos
0.66
konc
Coeficiente de suelo en
reposo
1.0
22
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Figura 22. Acelerograma transformados a espectros
escalados, en dirección X.
Como se aprecia en la figura, se observa el acele-
rograma de Conocoto escalado para los diferen-
tes espectros. A continuación, el siguiente paso es
transformar el espectro en un acelerograma.
Figura 23. Acelerograma transformados a espectros y
escalados, en dirección Y.
Figura 24. Acelerogramas escalados de acuerdo con
los espectros y Puengasí, dirección X [24].
Figura 25. Acelerogramas escalados de acuerdo con
los espectros [22] y Puengasí, dirección Y.
23
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2.11 Modelo con elementos finitos
Figura 26. Modelo con elementos finitos
Después de haber definido todos los parámetros
para la aplicación de un modelo elasto-plástico del
suelo, se procede con el análisis en elementos fini-
tos. De la misma manera se ingresa los espectros
de respuesta.
La interfaz es la parte que realiza la interacción
suelo estructura e involucra dos parámetros den-
tro de su cálculo la rigidez tangente y normal, cuyo
cálculo se lo realiza a partir de las siguientes ecua-
ciones [26]:
Donde:
Eoed :
Es el módulo de elasticidad de ensa-
yos edométricos
vi :
Coeficiente de Poisson de la interfaz,
cuyo valor recomendado es de 0.45
L
:
es la longitud de análisis, que por de-
fault se le asigna 1m
tv :
Es el espesor virtual de la interfaz
(Generalmente tiene un valor entre
0.01 ~ 0.1, cuanto mayor sea la dife-
rencia de rigidez entre el suelo y la
estructura, menor será el valor)
R :
Factor de reducción estructural cuyos
valores son:
Arena/Acero
=
0.6 – 0.7
Arcilla/Acero
=
0.5
Arena/Hormigón
=
0.80-1.00
Arcilla/Hormigón
=
0.70-1.00
Por lo tanto, se ha definido los siguientes valores
de R=0.7, E
oed
=80.372 kg/cm2 y tv=0.03, dando los
siguientes valores de Kn y Kt:
Kn=2679.07 kg/cm
3
=262726.81kN/m
3
Kt=646.671 kg/cm
3
=63416.81kN/m
3
Los modos de vibración de este modelo se identifi-
can en la siguiente tabla.
Tabla 16. Periodos de vibración del Modelo C
Modo
Periodo (seg)
1
1.54
2
1.53
3
1.50
4
1.47
5
1.43
6
1.42
7
1.39
8
1.38
9
1.36
10
1.32
11
1.29
12
1.22
13
1.15
14
1.13
24
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Para el espectro NEC:
∆x=0.024
∆y=0.019
Las derivas máximas se indican a continuación:
Figura 27. Derivas máximas del Modelo C, con
Espectro NEC
Figura 28. Derivas máximas del Modelo C, con
Espectro Puengasí
Para el espectro Puengasí:
∆x=0.021
∆y=0.018
Valores superiores a 0.02 que reporta la [21].
3. Comparación entre los tres métodos
El periodo de vibración es un indicativo de la ri-
gidez de la estructura, pero como se ha visto has-
ta ahora también está involucrado el suelo bajo la
cimentación. Solo se presentan los tres primeros
modos de vibración, ya que como se analizó en
el método de la subestructura más del 90% de la
participación modal se encuentran en estas tres
primeras formas modales.
Tabla 17. Resumen de los periodos de vibración de la
estructura para los tres métodos
Modo
Periodo (seg)
Modelo A
Modelo B
Modelo C
1
1.06
1.55
1.54
2
0.98
1.43
1.53
3
0.89
1.24
1.50
Comparando el primer modo con el modelo A,
existe un 46% con el Modelo B y 45% el Modelo C.
En otras palabras, realizando un análisis con base
rígida (Modelo A) en un suelo blando como el
realizado en esta investigación, se comete un gran
error que a posterior dará resultados positivos fal-
sos (derivas dentro parámetros permitidos, seccio-
nes y armados de acero de elementos estructurales,
fenómeno de resonancia, etc.).
El periodo de vibración natural del depósito es
1.022 segundos y para estimar si la estructura se
encuentra en resonancia se debe evaluar hasta el
90% de la participación modal y en este caso invo-
15
1.13
16
1.10
17
1.04
18
1.02
19
1.00
20
0.98
21
0.96
22
0.94
23
0.93
24
0.90
25
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lucra los tres primeros modos, estableciendo que
solo el modelo A presenta este fenómeno.
Las derivas máximas de piso se indican a conti-
nuación:
Tabla 18. Resumen de derivas máximas de la
estructura para los tres métodos
Derivas máximas X / Y
TIPO
Modelo A
Modelo B
Modelo C
NEC
0.01136 /
0.00981
0.02 /
0.0176
0.024 /
0.019
Puengasí
0.01102 /
0.009
0.0188 /
0.0168
0.021 /
0.018
Según la [21, p. 40] este valor no debe exceder a
0.02, por lo tanto con el modelo C no cumple sa-
tisfactoriamente las derivas de piso para el caso del
espectro de la NEC y Puengasí.
4. Conclusiones
•
Para estimar el espectro de respuesta de sitio
mediante la plataforma virtual del PEER [19],
es necesario contar con una caracterización
geológica de las fuentes sísmicas (fallas).
•
El empotramiento perfecto es una manera de
realizar la interacción suelo estructura, pero esto
significa que se asume que el suelo es rígido.
•
Los resultados más fiables de realizar una in-
teracción suelo estructura es con el uso de
las funciones de impedancia (Modelo B) y
mediante el método directo (Modelo C), que
estimaron valores de periodos de vibración y
derivas de piso muy cercanas entre sí.
•
Es necesario diferenciar entre el coeficiente
de balasto y funciones de impedancia, la úni-
ca similitud entre ambas es el uso de resortes
(rigidez) para interpretar al suelo., después de
eso no existe ninguna similitud debido a que
la primera se obtiene mediante un ensayo es-
tático, mientras que la segunda incluye el uso
de parámetros dinámicos del suelo como el
módulo cortante máximo (Gmax) y modulo
cortante secante (Gsec) y cuya estimación más
cercana se realiza a partir de las velocidades de
ondas de corte (Vs).
•
Cuando se emplee el Vs se debe tomar en
cuenta la profundidad en donde se colocará la
cimentación y no confundir con el Vs30 que es
la velocidad promedio a 30m de profundidad.
En un ensayo de velocidades de ondas de corte
se grafica la profundidad versus Vs30, de esta
manera se evita el error.
•
El espectro de la NEC-SE-DS, es satisfactorio
para esta investigación, ya que al comparar
con los resultados obtenidos con el espectro
de Puengasí, existe similitud de valores (Ver
Tabla 5.16).
•
Se ha demostrado en esta investigación, que
al no considerar la ISE (modelo A), se genera
errores muy graves en el diseño estructural.
Referencias
[1]
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NCEER/SEAOC/BSSC Workshop on
Site Response during Earthquakes and
Seismic Code Revisions,» Univ. of Sou-
thern Calif, 1994.
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Center, «PER Ground Motion Database,»
25 09 2019. [En línea]. Available: www.
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GUIDEBOOK, Préverenges: Structures,
2018.
[4]
T. Schanz, P. Vermeer y P. Bonnier, «The
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27
ISSN electrónica 2697-3243
Revista INGENIO N.º 1 vol. 3 (2020)
Tecnologías de Fabricación y su Influencia en el Diseño Industrial
Manufacturing Technologies and their Influence in Industrial Design
Jácome P.
1
; Valverde C.
2
1 Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática, Carrera de Ingeniería
en Diseño Industrial, Quito, Ecuador
e-mail: epjacomem@uce.edu.ec
2 Universidad de Las Américas, Facultad de Arquitectura, Escuela de Diseño de Producto, Quito, Ecuador
e-mail: maria.valverde@udla.edu.ec
Información del artículo
Recibido: febrero 2020
Aceptado: abril 2020
RESUMEN
La Teoría de la Autopoiesis de Patrik Schumacher, desarrollada para el Diseño Arquitectónico puede ser
plasmada a través de la aplicación interdisciplinaria del diseño y de varias disciplinas de Ingeniería: Civil,
Estructural, Mecánica y de Manufactura. En este ensayo se hace una extrapolación de esa teoría con el
objetivo que sea el fundamento teórico y conceptual que sustente el diseño de productos para ser manu-
facturados en serie a nivel industrial. De esta manera se pretende difundir en Ecuador una metodología
de diseño paramétrico de productos.
Como elemento que guía el diseño conceptual del objeto tomado como caso de estudio, se escogió el
símbolo tri dimensional del infinito debido a su validez universal para distintas culturas alrededor del
mundo. Así se plantea nuevos modelos de superficies para estructuras, a partir de superficies canónicas
basadas, por ejemplo, en el círculo o en la elipse. Aquí se presenta una metodología de diseño y de pro-
puesta de forma que puede adaptarse para resolver el diseño de producto de joyas, envases y griferías, por
ejemplo, o estructuras como esculturas, puentes, estadios y coliseos
.
Palabras clave: Diseño Industrial, Diseño de Producto, Diseño Paramétrico, Autopoiesis, Ingeniería de
Manufactura.
ABSTRACT
Patrik Schumacher’s Theory of Autopoiesis, developed for Architectural Design can be embodied
through the interdisciplinary application of design and various Engineering disciplines: Civil, Structural,
Mechanical and Manufacturing. In this essay the objective of extrapolation of this theory is to turn it into
the theoretical and conceptual basis that supports the design of products to be manufactured in series at
the industrial level. In this way, it is intended to disseminate a parametric product design methodology
in Ecuador.
As an element that guides the conceptual design of the product taken as a case study, the three-dimen-
sional infinity symbol has been chosen due to its universal validity for different cultures around the
world. Thus, new models of surfaces for structures are proposed, based on canonical surfaces based, for
example, on the circle or on the ellipse. Here we present a design and proposal methodology so that it can
be adapted to solve the product design of jewels, containers and faucets, for example, or structures such
as sculptures, bridges, stadiums and coliseums
.
Keywords: Industrial Design, Product Design, Parametric Design, Autopoiesis, Manufacturing Engineering.
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Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
1. Introducción
Figura 1 Vista superior de la estructura basada en la
banda de Moebius
1.1. ¿Qué es el diseño paramétrico?
Con el objetivo de comprender el concepto de di-
seño paramétrico se realizará una breve descrip-
ción de hitos históricos que permitan formar un
criterio intuitivo de lo que esa metodología de
diseño constituye. A partir del desarrollo de la
segunda revolución industrial se alcanzó la estan-
darización de los procesos de producción en serie
buscando el objetivo de disminuir los tiempos de
producción regidos en un marco de trabajo donde
se buscaba la optimización de los recursos, siem-
pre escasos en el planeta Tierra. Esa estandariza-
ción se lee y se interpreta a través de la normativa
técnica, mayormente regida en los tiempos actua-
les por la International Standarization of Organi-
zation (ISO). Dicha estandarización se evidencia
básicamente a través de dimensiones y tolerancias
geométricas, aunque con menor aplicación de las
tolerancias geométricas, si se considera el nivel de
industrialización del Ecuador. Con este marco téc-
nico aplicado a la producción se consigue la inter-
cambiabilidad de objetos entre diversos sistemas
de productos y también la complementariedad
entre productos. Por esta razón se tiene repuestos,
por un lado, y por otro, los accesorios.
Continuando con este ejercicio descriptivo, se lle-
ga a la tercera revolución industrial, donde ya era
evidente otro resultado de la estandarización: el
diseño de la familia de objetos o de productos y su
posterior producción.
Pero no se puede ubicar en ninguno de esos dos
estadios del desarrollo de la sociedad humana de
producción el origen del diseño paramétrico, pues
su origen es anterior. Para ensayar una hipótesis
sobre su posible su origen, se puede iniciar escri-
biendo que cuando los primeros humanos conoci-
dos como homo sapiens empezaron a repartir sus
recursos [1], empezaron a hacer un trabajo basado
en lo paramétrico, si se hace una abstracción de
la necesidad de establecer medidas estandarizadas
para procurar el racionamiento equitativo para los
integrantes del clan y luego de la tribu. Siguiendo
el paso de la historia humana, es necesario dar un
salto a la sociedad de la Grecia clásica donde des-
tacaron los geómetras y los astrónomos, con sus
sistematizadas actividades para proyectar los con-
tornos de la Tierra y sus múltiples texturas orográ-
ficas. La tarea de esos primeros científicos se orde-
nó a través de la parametrización y es innegable la
influencia mutua entre los griegos y las sociedades
de medio y de extremo oriente [1].
Y a pesar de que las evidencias actuales no mues-
tran la parametrización de los pueblos ancestrales
de América, se puede leer en distintos vestigios los
niveles de parametrización necesarios para obte-
ner las réplicas cerámicas y rupestres de objetos
diseñados y producidos en distintos puntos del
continente llamado nuevo por la visión etnocén-
trica [2].
Ya superando el rezago de la Edad Media, el Rena-
cimiento muestra en las ciudades estado de Euro-
pa los diseños parametrizados de ciudades y de sus
edificios, así como en sus productos de uso diario.
Pero así también en el incipiente renacimiento de
la ciencia aplicada, de cuyos indicios de aplicación
paramétrica se tienen los bocetos de Leonardo da
Vinci, así como en sus dibujos, pinturas y retratos,
singular tarea de simbiosis entre el creador (léase
diseñador), el técnico y el científico [3].
Toda esta simiente de la ciencia tenía un carácter
axiomático, para su autoconstrucción, y paramé-
trico, para su explicación y su aplicación. Estas
características posibilitaron la expansión, profun-
dización y trascendencia de conocimientos dentro
de la Astronomía, la Física, la Matemática y el de-
sarrollo organizado de la ciencia aplicada a través
de la Arquitectura y de la Ingeniería.
Por otra parte, aproximadamente por el siglo XVII,
René Descartes propone las mediciones basadas en
coordenadas, sistema de referencia imprescindible
en el modelamiento digital y para la programación
de los robots y máquinas de la Cuarta Revolución
Industrial.
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Ya en el siglo XX se registra metodologías de pa-
rametrización basadas en la proporción del cuer-
po del ser humano como en el caso de los textos
del arquitecto francés Le Corbusier (Le modulor).
Posteriormente, se tienen los proyectos de superfi-
cies obtenidos a partir de burbujas de jabón, según
el proceso generado por otro arquitecto: Frei Otto.
Casi a finales del siglo XX la obra arquitectónica de
Zaha Hadid enarbola a nivel mundial el emblema
de diseño paramétrico. La concepción teórica del
diseño paramétrico fue realizada por Patrik Schu-
macher a través de dos volúmenes denominados
la Autopoiesis de la Arquitectura I y II, respectiva-
mente. Es esta monumental obra teórica en la que
se sustentó el caso de estudio que se presenta al
final de este ensayo. Si bien el título de esta obra es
totalmente orientado hacia la arquitectura, Patrik
Schumacher deja la puerta abierta para sustentar el
diseño de producto. Esta libertad permitió ejecu-
tar el diseño de un producto adaptado a la realidad
del Ecuador como es la estructura de exhibición
realizada en madera
2. Material y métodos
2.1. Diseño parametricista
En una actitud simplificadora planteada de ma-
nera didáctica se puede manifestar que el diseño
parametricista tiene sus herramientas en las que
presenta el diseño paramétrico.
Para lograr la eficaz construcción de los proyec-
tos parametricistas se debe recurrir a las ciencias
aplicadas de la ingeniería, según es analizada por
Patrik Schumacher [3]. Dentro de la irrupción tec-
nológica que se vive en el siglo XXI son eviden-
tes las herramientas de simulación de ingeniería
conocidas dentro del lenguaje técnico como CAE
(Computer Aided Engineering), cuya aplicación es
sostenida por la teoría matemática de los elemen-
tos finitos y por los sucesivos procesos para aná-
lisis conocidos como la modelación de elementos
finitos y en el análisis de elementos finitos.
Se debe manifestar aquí que la correcta aplicación
del CAE implica la interpretación, en la definición
más ajustada de este término, del modelo o prototi-
po digital. Esto es, para ampliar este entendimien-
to, se debe tomar las partes del sistema digitalizado
que den información relevante para la simulación
y por ende para el análisis [4]. Es decir, a pesar,
de la relación que existe entre un modelo CAE y
un modelo CAD (Computer Aided Design) no ne-
cesariamente el modelo CAE debe tener todos los
detalles que se necesita en un modelo CAD para
la manufactura, esta afirmación es notable cuando
se trata de la producción de series de productos a
través de la manufactura de moldes.
Para aclarar estos asertos, se ahondará en expli-
caciones que tienen una base fuertemente empí-
rica. En el modelo CAD se archivan los registros
geométricos y de dimensión de elementos digita-
les tipo sólido (se diría la data en el argot técnico
de la minería de datos). Aquí cabe otra aclaración
para diferenciar entre softwares, según las caracte-
rísticas que tienen en su arquitectura manifiesta:
paramétricos en contraposición con los que no lo
son. Sin embargo, se debe decir que con la meto-
dología apropiada sustentada en los conocimien-
tos básicos imprescindibles de la geometría y del
álgebra lineal, se puede modelar un objeto o pro-
ducto de manera paramétrica, aunque el software
no lo sea. Se debe recordar lo que se expuso en los
párrafos del tema ¿Qué es el diseño paramétrico? y
la abundancia de evidencias de diseño paramétri-
co, en circunstancias que no existía atisbos siquie-
ra de software o incluso la presunción de que se
podría elaborar tal tecnología.
Continuando con la aclaración planteada, para
obtener el archivo CAD se puede diseñar una
metodología para su uso o simplemente empezar
su operación. Si se necesita hacer un diseño pa-
ramétrico usando un software cuyos algoritmos de
modelado no son paramétricos es imprescindible
una estructura de modelado que sea basada en el
dibujo técnico y por ende en la geometría plana
con el objetivo de establecer ciertas dimensiones
básicas (parámetros) que permitan la obtención
del producto final. Otra forma de obtener un pro-
ducto paramétrico utilizando un software que no
lo es, es a través del uso de fotografías escaneadas
de prototipos físico fotografiados o en su defecto
escaneados.
Sin embargo, en cualquiera de los dos últimos ca-
sos no se podrá obtener una familia de productos a
partir de los cambios dimensionales y/o geométri-
cos realizados sobre parámetros que se actualicen
manualmente, es decir a través de la actualización
de las variables independientes, o por actualización
de las variables dependientes dentro de una ecua-
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Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
ción matemática. Sin embargo, para cualquiera de
las dos situaciones, es decir, modelado digital con
software de tipo no paramétrico en contraposición
con el modelado en software de tipo paramétrico,
se obtiene un archivo digital parametrizado.
A partir del modelo CAD la utilización de otros
softwares dependerá de los criterios profesionales
necesarios y de los objetivos de cada proyecto. Esto
es, aparte de la aplicación directa que en este ensa-
yo se mostrará con el CAE, se podrá interaccionar
con un software de interface CAM (Computer Ai-
ded Manufacturing) - CNC (Computer Numerical
Control) con fines de manufactura sustractiva o
aditiva para el caso de impresión 3D [5]. Además,
cabe decir, se podrá interactuar con un software
CMM (Coordinate Measurement Machines) con
fines de verificación de dimensiones del mencio-
nado molde ya fabricado.
Este tipo de interacciones usando un solo archivo
digital o variaciones paramétricas de uno básico,
permite realizar estudios conceptuales con el nivel
de rigurosidad que el producto y su proyecto al-
bergador lo necesiten. Estos estudios conceptuales
pueden profundizarse en función de los niveles de
experticia disponibles dentro del recurso humano.
O en función del costo-beneficio involucrado en
un desarrollo. Los fines siempre buscarán la opti-
mización de recursos: uso de categorías de mate-
riales, cantidad de material, tiempo de desarrollo y
tiempo de mano de obra.
2.2. Caso de estudio
Figura 2 Vista lateral de la estructura. Modelado en
CATIA [3]
2.3 Explicación del modelado digital
Se tomó como punto de partida el modelo digital
creado con superficies en Rhinoceros. A esas su-
perficies se les hizo extrusiones en el módulo Part
Design de CATIAV5R21 [6].
La estructura está realizada una malla (mesh o sur-
face) compuesta de tetraedros generada automáti-
camente por el software según los parámetros pre
establecidos por el analista de elementos finitos
3. Resultados y discusión
Con el esfuerzo de Von Mises se sintetiza en una
ecuación la combinación de esfuerzos principales,
es decir los relevantes, que actúan sobre el sistema
definido exactamente. Dentro de esta ecuación se
define un factor de seguridad, el cual está estan-
darizado por normas técnicas de construcción en
función de la seguridad de la estructura misma y
también de las personas que con ella interactúan.
3.1. Descripción del modelo matemático
Describir todos los escenarios posibles a los que
puede, o debe según el caso, enfrentarse una es-
tructura, o en su forma más general: un objeto o
un sistema, puede llegar a ser una actividad su-
mamente compleja debido, sobre todo, a la canti-
dad de variables interactuantes y generadas sobre
el sistema [3].
Por ello la primera acción tiene que ver con la
definición precisa del sistema. Aquí es de suma
importancia la teoría de campos del álgebra vec-
torial, pues permite definir los límites de frontera
y las condiciones para esa frontera, mismas que
tienen que ver con las características de los mate-
riales utilizados: densidad de la madera, espesor
de la sección transversal y las características de
la resistencia mecánica. Estas dos primeras va-
riables permiten determinar la resistencia de la
madera, así como también dirigen el análisis para
optimizar el espesor de los tablones. Este análi-
sis, a su vez, signará los rangos de espesor de la
madera sin que la estructura presente riesgos, in-
cluso desde sus inicios de corte, en su transporte,
durante su armado y durante su exposición, y fi-
nalmente para su bodegaje o destino final.
A continuación, se establecerán las variables so-
bre el mismo producto: condiciones de los gra-
dos de libertad y sistema de cargas externo. Estas
variables introducen cada una por separado y en
sus múltiples interacciones entre sí, otros niveles
de complejidad.
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El sistema de cargas que se define en un sistema
tiene que ver con la primera ley de Newton, es
decir la suma de fuerzas es cero para un sistema
estático.
3.1.1. Sistema de cargas
Los materiales que dan cuerpo a la estructura tie-
nen densidad, propiedad física que establecerá
el peso de la estructura. Dentro de la Ingeniería
Estructural este peso se considera dentro de las
cargas llamadas muertas. Debido al carácter expo-
sitivo de la estructura, otras cargas que no se con-
sideran para el análisis, por no existir son: carga
de lluvia, nieve y granizo. Y otras cargas son irre-
levantes por situarse la estructura dentro de sitios
cerrados: carga de viento, carga por dilatación tér-
mica debido a la influencia del sol o del calor del
medio ambiente.
3.1.2. Grados de libertad
La estructura expositiva está diseñada para ser
soportada por un piso. No se coloca ninguna otra
restricción a sus grados de libertad.
Para el caso de estudio del volteo se supone que
solo uno de sus soportes estará en contacto con
el piso. Esto sucederá cuando se le aplique una
carga de tipo vertical en sentido de abajo hacia
arriba y será aplicada en el punto más externo
de la estructura respecto al punto de apoyo final.
Además de ser el punto que provoque el momen-
to más alto sobre la estructura se considerará una
altura que sea pertinente con el análisis ergo-
nométrico para una persona que aplica una carga
de levantamiento .
3.2. Descripción del modelado digital
3.2.1. Modelo CAD
El modelo CAD inició como una superficie pla-
na rectangular teniendo como únicos parámetros
explícitos sus dimensiones de largo y ancho. Esta
superficie se modeló en el software Rhinoceros.
Posteriormente se le aplicó la herramienta llamada
torsión, tomando como referencia el concepto de
la banda de Moebius.
Figura 3. Banda de Moebius [6]
La tensión de borde en cada una de las curvas iso-
paramétricas es cero, puesto que no es necesario
que las curvas generatrices sean tangentes a alguna
curva externa o paralela a alguna recta debido a
que es una estructura abierta.
3.2.2. Ingeniería de manufactura
Si bien al aplicar el dibujo técnico para el diseño
de productos y con él para el diseño industrial,
se brinda tolerancias a las dimensiones de toda
la geometría, se debe además considerar otras to-
lerancias que tienen que ver con los procesos de
manufactura, sean estos para producción en se-
rie o para producción individual. Por ejemplo, se
tiene la cantidad de sobrematerial para mecani-
zados posteriores, los porcentajes de contracción
y expansión de los materiales tanto durante su
producción como durante su operación, los nive-
les de desgaste de los elementos mecánicos de las
máquinas y los ensambles, o las condiciones de
ciclo de vida del producto que se presentan en las
herramientas de arranque de viruta.
Cuando se realiza modelamiento digital se debe
considerar además las tolerancias del objeto a
diseñarse, siendo las de mayor exactitud las su-
perficies de clase A según se usan en la industria
automotriz [7].
3.2.3. Topología
La topología es una parte de la Matemática que
estudia la calidad de las superficies elaboradas en
el espacio [8].
Considerando la aplicación práctica del siste-
ma teórico topología se tiene que, dentro de los
softwares para modelado de objetos, la máxima
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Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
calidad de una superficie se denomina superficie
clase A, tal como se escribió en el parágrafo an-
terior, y el mejor referente de aplicación se en-
cuentra dentro de la industria automotriz debi-
do a la necesidad de continuidad de la superficie
metálica de la carrocería de un auto luego de la
aplicación de las sucesivas capas de pintura auto-
motriz [9]. Para el caso de estudio es innecesaria
tan elevada precisión, aún más si se considera que
la construcción de la estructura contempla el uso
de planos seriados, es decir no estamos ante una
estructura tipo skin (es decir piel o escribiendo
con mayor propiedad: superficie).
3.2.4. Pasos esenciales de la metodología
Como se ha escrito en un párrafo anterior el resul-
tado de la investigación funcional puede ser una
metodología, para el caso de estudio, donde se uti-
liza herramientas digitales de tipo paramétrico, se
sugieren los siguientes pasos esenciales:
Bocetar a lápiz el primer concepto
Exploración de la forma
Sistema de decisiones de Diseño
Exploración formal a través del Diseño
Paramétrico
Diseño físico y optimización de la estruc-
tura paramétrica: Un estudio de elemen-
tos finitos
Resumiendo, y ampliando la explicación hasta
estas líneas, la estructura paramétrica estudiada
fue creada dentro de un trabajo de taller aprender
haciendo con treinta estudiantes de diseño de la
Universidad de Las Américas, a partir del uso de
la herramienta llamada torsión de superficies del
software Rhinoceros. Esto con el fin de crear una
estructura basada en los manifiestos teóricos del
parametricismo, y que sirva como exhibidor de
muestras temporales.
Figura No.4 Estructura en exhibición
A este modelo digital se le realizó la simulación del
caso estático en el software CATIA V5R21, ubi-
cándole restricciones de cero grados de libertad
en su base y sometiéndole a cargas distribuidas de
manera uniforme sobre las superficies de la estruc-
tura [10]. El software generó la malla para el análi-
sis de elementos finitos. En la simulación del caso
estático, se aplicó el análisis de esfuerzo según el
criterio de falla de Von Mises en N/m2. Además, se
analizó la deformación de la malla en milímetros.
En base a esta primera optimización se construyó
el objeto en madera enchapada. El material escogi-
do dentro de la base de datos de CATIAV5R21 es
walnut, una madera con características de material
isotrópico, cuya densidad es 609 kg/m3 y el módu-
lo de Young es 1,16E10 N/m2 [11]. Se usó tablones
de espesor 15 mm y de dimensiones 1,20 x 2,40
metros cortados a la forma final en una máquina
CNC de dos ejes. En ese estudio se determinó la
relación esfuerzo-deformación en los puntos críti-
cos de la estructura.
3.3. Discusión
3.3.1.
Posibilidades de aplicación de la ingeniería
Usando el software de simulación de ingeniería
CATIA (computer-aided three dimensional interac-
tive application) se estableció un sistema de cargas
externa que reprodujo escenarios de reacciones
extremas sobre la estructura.
Las reacciones en la estructura susceptibles de es-
tudio son: desplazamientos, dilataciones térmicas,
sistemas de vibraciones, esfuerzos, y la ubicación
de estos parámetros en los puntos de análisis crí-
tico.
Para el caso de la estructura expositiva sometida
a análisis se tiene que está sometida a un sistema
de fuerzas combinadas que generan un sistema de
esfuerzos combinados: tracción, flexión, pandeo y
fatiga. Para el caso de la fatiga se ampliará el alcan-
ce del proyecto con el fin de realizar estudios de
comportamiento dinámico. Este comportamiento
dinámico es totalmente factible de transmitir sus
señales a través de Arduino con el fin de realizar
demostraciones académicas en tiempo real y ex-
trapolar el análisis de materiales en cuanto a su
respuesta bajo escenarios controlados [11].
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3.3.2. Variables para la simulación de ingeniería
El uso de los criterios de parametrización desde
los puntos de vista de la ingeniería permite la op-
timización de sistemas complejos. Son sistemas
complejos desde varias categorías de análisis: Sis-
temas de cargas complejos, sistemas de esfuerzos
complejos de reacción, sistemas complejos de in-
teracción geométrica.
Permitir una sección transversal variable de los
elementos tipo viga y tipo columna con los que se
produce el volumen de la estructura.
Comparar la estructura de doble curvatura final-
mente obtenida con una estructura conceptual de
una sola curvatura. La estructura de doble curva-
tura es el resultado de la interacción de dos curvas
ubicadas en sus respectivos planos que son ortogo-
nales entre sí. La estructura de simple curvatura se
producirá a raíz de la simplificación de la superfi-
cie de la estructura final.
3.4. Teoría y Método
EDentro de CATIAV5R21 se usa el módulo de si-
mulación de Ingeniería denominado Static Case
Solution donde se analiza el esfuerzo de Von Mi-
ses, Deformed mesh, Estimated local error y Trans-
lational displacement vector. Entre los resultados
obtenidos están en porcentaje el Global Error Rate.
3.4.1. Suposiciones para la simulación
Para la obtención de los resultados que validaron
la construcción de la estructura se debe establecer
un escenario virtual. En todos los casos que se es-
tablezca, el modelo CAD no mostrará la unión en-
tre los tablones que se realiza con perfiles de acero.
En estos dos escenarios básicos se supone que las
planchas de madera son continuas. En la estructu-
ra real por disponibilidad de tamaños de tableros
estándares se les incorporó chapas de acero en án-
gulo y con el fin de producir su ensamble en una
forma rápida.
Figura 5. Ensamble de los módulos de la estructura
Para el primer escenario virtual, entre las condicio-
nes de borde (se remite al lector a profundizar en
la lectura de Teoría de Campos según se estudia en
Matemática y a Teoría de Sistemas en Sociología) se
simulará que la estructura está anclada al piso. Con-
siderar este caso extremo permite determinar los
nodos críticos de la estructura. La suposición asu-
mida es compatible con la situación real donde la
única carga actuante es el peso propio de la estruc-
tura. Esta restricción se definirá en el campo llama-
do Restraints. Así se determinará los nodos críticos
de la estructura en este escenario extremo [4].
Dentro de la pantalla de interface aparece un te-
traedro en pantone verde que señala el centro de
gravedad de la estructura, mismo que coincide con
el centro de momentos.
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Figura 6. Resultados del análisis de elementos finitos
La estructura que se está estudiando está diseñada
para ser un objeto expositivo de carácter efímero,
por ello su material es la madera y por facilidades de
manufactura es de madera prensada o enchapada.
Para completar este escenario se establecerá la car-
ga como densidad de peso para cada tablón usado
en la construcción de la estructura. Esta densidad
se manifiesta de manera adimensional como uni-
dades de masa en relación al área. El área que aquí
se considera es el área proyectada de la cara supe-
rior de cada tablón. El valor de la última columna
es el que se denomina Pressure dentro de CATIA-
V5R21.
Tabla No. 1 Determinación de la densidad de los
tableros de la estructura
Las soluciones que el software brinda son apre-
ciables en un mapa de colores como el del gráfico
siguiente, donde se ha tomado como ejemplo el
esfuerzo combinado de Von Mises. En la parte de-
recha se encuentra la banda de colores que explica
la distribución de esfuerzos para el modelo plan-
teado. Esta banda varía entre al azul y el rojo. El
azul muestra la combinación de esfuerzos menos
crítica para la estructura analizada. El rojo mues-
tra las zonas más críticas.
Figura No. 7 Resultados del análisis de elementos
finitos
El segundo escenario considerará un caso de vol-
teo de la estructura, en el momento justo previo
al volteo. Así se determinará la carga máxima que
puede soportar antes de que se produzca el evento.
Como se ha dejado entrever en un párrafo anterior
las posibilidades de análisis estático pueden exten-
derse al análisis de comportamiento dinámico lo cual
se hará en el futuro incorporando un transitorio para
analizar las vibraciones de la estructura [23].
La densidad de carga calculada se ubica en el cam-
po Loads como una carga de tipo Pressure. Como
son siete niveles de tableros se tiene siete cargas
del tipo pressure.
Figura No. 8 Pérdida de continuidad
HORIZONTALES
Tablero
Masa
Área
total
Área cara
superior
aproximada
Densidad de
carga aproxi-
mada
kg
cm2
cm2
kg/cm2
1
25,29
5,863
2,9315
8,62698277
2
25,405
5,915
2,9575
8,59002536
3
14,334
3,407
1,7035
8,41444086
4
13,78
3,266
1,633
8,43845683
5
11,256
2,695
1,3475
8,35324675
6
7,07
1,704
0,852
8,29812207
7
5,278
1,274
0,637
8,28571429
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4. Conclusiones
Una vez presentados a modo de ensayo, los com-
ponentes de ingeniería del proyecto de investiga-
ción llamado: “Elaboración de una metodología
de aplicación de conceptos de diseño y arquitec-
tura contemporáneos, mediante el uso de herra-
mientas de tecnología digital pertinentes”, estos
son: el modelo teórico basado en la Autopoiesis
planteado por Schumacher y sus respectivos an-
tecedentes, las disciplinas científicas y técnicas
que de manera transversal permitirán la valida-
ción experimental del producto estudiado, la des-
cripción básica del modelo de simulación mate-
mática en software y el resultado que se espera
de parte del Proyecto, queda realizar las pruebas
experimentales escogidas [8] para compararlas
con los resultados que el software produzca, y en
base al Análisis de Valor Agregado sustentar el
modelo teórico de metodología que permita una
creación recurrente de diseño de objetos de ma-
nera paramétrica y parametricista.
Se debe enfatizar que el diseño de producto in-
volucra la interacción de varias disciplinas profe-
sionales, debido a lo cual es necesario elaborar un
plan estratégico que defina las tareas y las opera-
ciones que permitan su realización. Además, es
necesario definir explícitamente los recursos que
serán utilizados. Aquí, el tiempo es el recurso más
difícil de estimar dentro de la planeación, con el
fin de medirlo durante la realización del proyecto
y estimar su cuantificación en valor económico.
En el Ecuador, generalmente, el costo del tiem-
po es subestimado en los procesos de enseñan-
za-aprendizaje. Se puede mostrar esta situación
cuando se aplica la curva de aprendizaje acelera-
da que se produce cuando la transferencia de tec-
nología es implantada para enseñar software en
actividades específicas.
Para las tareas de análisis de ensamble estructural,
existen protocolos específicos definidos por acade-
mias y gremios profesionales, asociaciones técni-
cas y regulaciones gubernamentales. Sin embargo,
no hay protocolos que integren tareas interdisci-
plinarias y que asocien cada uno de los resultados
obtenidos por cada disciplina de ingeniería aplica-
da, y en el caso de este ensayo con el diseño.
Las tareas interdisciplinarias se vuelven más com-
plicadas de integrar cuando se decide el uso de in-
terfaces de herramientas digitales, ya que están di-
señadas de acuerdo con sus usuarios potenciales y
los resultados que desean obtener de su aplicación.
Por lo tanto, es necesaria una visión holística de
los procesos y partes del proyecto para combinar
las diferentes visiones profesionales, los objetivos
individuales de cada diseñador y las herramientas
digitales aplicables a cada modelo involucrado en
el estudio.
Debido a la irrupción tecnológica contemporánea,
los niveles de transferencia de tecnología desde los
centros de desarrollo a sus sociedades periféricas
son bajos. Esto se explica en el sentido de que la
pendiente de la curva de aprendizaje para las per-
sonas aumenta.
Del mismo modo, se reduce la vida útil de los pro-
ductos, principalmente el hardware que soporta el
software. A pesar de la relevancia de Internet, los
conceptos básicos y fundamentales que sustentan la
ciencia y, por lo tanto, la tecnología y la tecnología
que se derivan de ella, no se consideran la fuente
necesaria para la aplicación creativa e innovadora
de poderosas herramientas digitales y tecnológicas.
Al mejorar el análisis basado en los resultados ya
obtenidos, se observó que en un sistema complejo
armado con ensamblajes auto rígidos y en el que
existe la posibilidad de sistemas de carga múltiple,
la intuición de los criterios para incorporar el pro-
ducto analizado no es suficiente.
Por lo tanto, el primer experimento digital permi-
tió guiar el uso de la estructura de la exposición.
Incluso su funcionamiento podría validarse mien-
tras se analiza en el software.
Tampoco la mera aplicación de estándares de
construcción permite una predicción precisa para
casos como el analizado en este artículo. Esto se
debe a que están desarrollados para sistemas mo-
dulares estáticos que responden a disposiciones de
cuadrícula rectangular. Es decir, no se implantan
de acuerdo con un ritmo de acoplamiento diná-
mico. Además, esos sistemas, debido a sus caracte-
rísticas estáticas, no tienen pronósticos para aná-
lisis armónicos como los que se enviarán al objeto
construido en un corto período de tiempo. Nues-
tros resultados demuestran que la inferencia de la
simulación digital no es suficiente para el caso de
los sistemas que presentan altos niveles de comple-
jidad. Lo cual se puede analizar en otro artículo.
36
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Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
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El rol del diseño industrial en la movilidad sostenible del D. M.
Quito
The Role of Industrial Design in the Sustainable Mobility of D. M. Quito
Remache A.1; Arroyo F.2
1 Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática. Quito, Ecuador
email: abelbelo@hotmail.com
2 Universidad de Valladolid, Escuela de Ingenierías Industriales. Valladolid, España
email: flavio.arroyo@gmail.com
Información del artículo
Recibido: enero 2020
Aceptado: marzo 2020
RESUMEN
El presente artículo analiza la movilidad sostenible, sus características, su relación con el diseño indus-
trial, ventajas y puntos clave de enfoque para la concepción de esta en la Ciudad de Quito, especialmente
el proyecto de movilidad Metro. Con las características de las Smart City, se busca el desarrollo de la
sociedad estableciendo un equilibrio ambiental, social y económico y utiliza la tecnología como aliado
para poder sustentar su desarrollo analizando los diferentes proyectos de transporte implementados en
las ciudades más desarrolladas, presentándose como el mayor problema que se atraviesa, y para ello el
diseño industrial surge como respuesta para lograr construir una ciudad inteligente enfocada en mejo-
rar la toma de decisiones, la eficiencia de las operaciones y procesos de innovación, la prestación de los
productos y servicios urbanos y su competitividad gracias a que es capaz de comprender los procesos
tecnológicos, sociales y del entorno desde una perspectiva sistémica, en la que las relaciones constituyen
la base de su acción, brindando soluciones claras y rentables para transformar las ciudades actuales en
Smart Cities. El metro de Quito actualmente es el proyecto más importante dentro del área de movilidad
de la ciudad, el cual impone un nuevo hito hacia la prosperidad en el desarrollo de las ciudades inteligen-
tes de Latinoamérica, otorgando una facilidad para movilizarse en los medios de transporte, reducción
del tránsito vehicular, mayor acogida de extranjeros y propios y logrando el contento y comodidad de sus
residentes y ciudadanos en esta nueva era.
Palabras Clave: Movilidad sostenible, transporte, desarrollo sostenible, diseño industrial, Smart cities
ABSTRACT
This article analyzes the mobily sustainability, their characteristics, their relationship with industrial de-
sign, advantages and key points of focus for the design of this in the City of Quito, especially the Metro
mobility project. With the characteristics of the Smart City, the development of society is sought by
establishing an environmental, social and economic balance and uses technology as an ally to sustain
its development by analyzing the different transport projects implemented in the most developed cities,
presenting itself as the biggest problem that is going through, and for this industrial design arises as a
response to build an intelligent city focused on improving decision making, the efficiency of operations
and innovation processes, the provision of urban products and services and their competitiveness thanks
to its ability to understand technological, social and environmental processes from a systemic perspec-
tive, in which relationships are the basis of its action, providing clear and profitable solutions to trans-
form current cities into Smart Cities. The Quito metro is currently the most important project within
the area of mobility of the city, which imposes a new milestone towards prosperity in the development
of smart cities in Latin America, providing a facility to mobilize in means of transportation, reduction
of vehicular traffic, greater reception of foreigners and their own and achieving the contentment and
comfort of its residents and citizens in this new era.
Keywords: Sustainable mobility, transport, sustainable development, industrial design, Smart cities
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Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
1. Introducción
El objetivo principal es analizar el desarrollo de las
ciudades inteligentes en la actualidad, tomando en
cuenta el diseño industrial como punto de enfoque
y verificar que en este sentido pueda adaptarse en
el Distrito Metropolitano de Quito, especialmente
en el proyecto de movilidad “Metro de Quito”.
En todo el mundo el crecimiento de la población
urbana es exponencial y a medida que aumenta
aparecen nuevos problemas y necesidades que sa-
tisfacer dentro del desarrollo de las ciudades, como
las soluciones europeas y asiáticas más destacables.
Con las características de las Smart City, se bus-
ca el desarrollo de la sociedad estableciendo un
equilibrio ambiental, social y económico y utiliza
la tecnología como aliado para poder sustentar su
desarrollo analizando los diferentes proyectos de
transporte implementados en las ciudades más de-
sarrolladas, presentándose como el mayor proble-
ma que se atraviesa, y para ello el diseño industrial
surge como respuesta para lograr construir una
ciudad inteligente enfocada en mejorar la toma de
decisiones, la eficiencia de las operaciones y proce-
sos de innovación, la prestación de los productos
y servicios urbanos y su competitividad gracias a
que es capaz de comprender los procesos tecnoló-
gicos, sociales y del entorno desde una perspectiva
sistémica, en la que las relaciones constituyen la
base de su acción, brindando soluciones claras y
rentables para transformar las ciudades actuales en
Smart Cities.
El diseño de políticas y sistemas de movilidad ur-
bana se ha convertido en un problema clave de
investigación e intervención para los gobiernos y
otras partes interesadas en promover los objetivos
de sostenibilidad. La movilidad sostenible es un
desafío relevante abordado hoy por los líderes po-
líticos, gerentes públicos e investigadores de todo
el mundo. La movilidad sostenible es un término
que resume lo que está en juego en los intentos
contemporáneos de corregir el equilibrio de costos
y beneficios en el sector del transporte [1] [2] [3]
[4] [5] [6].
Concretamente la metodología de Diseño para
la Sustentabilidad (D4S) juega un papel muy im-
portante cuando se asocia a modelos de produc-
ción sostenibles, considerando el desarrollo del
producto como un sistema integrado donde cada
decisión influye en todo el proceso y produce dife-
rentes impactos en el medio ambiente. El D4S con-
siste básicamente en innovaciones tecnológicas y
procedimientos metodológicos que tienen como
objetivo ayudar a los diseñadores y tomadores de
decisiones a producir bienes y servicios económi-
camente viables y ecológicos [7] [8].
Por otra parte, la movilidad sostenible es el mode-
lo de movilidad que permite el movimiento con un
impacto ambiental y territorial mínimo [9] [10]
[11]. William R. Black, da una definición correc-
ta sobre transporte sostenible genera controversias
y desacuerdos, ya que, según él, sería la capacidad
de satisfacer las necesidades de transporte actuales
sin comprometer la capacidad de las generaciones
futuras para satisfacer estas necesidades [12]. Claus
Doll y Martin Wietschel añade que los sistemas de
transporte realizan las funciones vitales para la so-
ciedad, pero en su estado actual no puede ser consi-
derar sistemas sostenibles. Preocupaciones particu-
lares en este sentido incluyen el cambio climático,
las emisiones locales de aire, el ruido, la congestión
y los accidentes [13]. Los impactos negativos del
sector del transporte en el medio ambiente también
son cada vez más evidentes [14] [15].
El transporte es un factor importante en el contex-
to del desarrollo sostenible debido a la presión que
ejerce sobre el medio ambiente, sus impactos eco-
nómicos y sociales y sus vínculos con otros sectores.
La gobernanza sostenible de los sistemas de trans-
porte sigue siendo un desafío importante para los
responsables políticos de todo el mundo, especial-
mente en las ciudades. Las áreas urbanas se están
desarrollando rápidamente desde un punto de vis-
ta tecnológico, y las tecnologías innovadoras crean
nuevas posibilidades para la gestión inteligente de
la movilidad. Se espera que la implementación del
concepto de ciudad inteligente exhiba un alto po-
tencial en términos de movilidad sostenible y mi-
tigación de emisiones [16] [17].
La movilidad inteligente es un concepto amplio
que facilita el logro de un desarrollo sostenible
mediante la optimización de los servicios de trans-
porte, teniendo en cuenta los desafíos tecnológicos,
sociales, económicos y ambientales. La protección
del medio ambiente es un aspecto importante de
diversas políticas mundiales y europeas. La movi-
lidad con bajas emisiones es una parte esencial del
cambio más amplio hacia la economía circular baja
en carbono necesaria para satisfacer las necesida-
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des de movilidad de las personas y el transporte de
mercancías. Para garantizar la mejora deseada en
la movilidad, se emprendieron muchas iniciativas
en los últimos años [18].
El Distrito Metropolitano de Quito (DMQ) con
una población aproximada de 2’239.191 habi-
tantes, según el informe de movilidad genera un
4’600.000 desplazamientos, que pueden ser uti-
lizados de en diferente modalidad. Se demuestra
que el modo preferencial de desplazamiento de los
habitantes en el DMQ es el transporte público, que
en términos generales representa el 61,3% y con
relación a los modos motorizados el 73%. [19].
El aire ha sido uno de los recursos que más ha su-
frido contaminación debido al incremento pobla-
cional y económico de las ciudades. Es así que la
principal fuente de contamínate del aire de Quito
son las fuentes móviles, es decir la contaminación
que causan los vehículos motorizados en las emi-
siones que se dan a partir de la combustión de la
gasolina de cualquier tipo y diésel. El incremento
del parque automotor en la ciudad, incremento de
circulación y tiempos de viaje son los factores fun-
damentales en la generación de contaminantes a la
atmosfera de Quito. Según el Ministerio de Am-
biente el 76% de la contaminación proviene de los
automóviles y esto ha tenido consecuencias respi-
ratorias a más de 1012 millones de personas [20].
Los mapas de emisión del tráfico, se estructuran
típicamente en base de mapas de intensidad de trá-
fico como muestra la figura.
Figura 1. Número de desplazamientos motorizados al
día en Quito [21]
2. Método
El presente trabajo emplea una metodología basa-
da en la Investigación Científica y el Método De-
ductivo Indirecto, el cual permitió la deducción de
conclusiones acerca de la temática tratada en el de-
sarrollo del documento, esta metodología fue em-
pleada para el análisis de la movilidad sostenible y
cómo el diseño industrial actúa como herramienta
clave para el desarrollo de productos y servicios
con el fin de construir una ciudad inteligente enfo-
cada en la movilidad de sus ciudadanos.
2.1. Movilidad Smart
Según el Libro Blanco Smart Cities [22], la estruc-
tura de una Smart City está conformada por los
siguientes elementos: Espacio urbano, Sistema de
infraestructuras, Complejo de redes y plataformas
inteligentes y Ciudadanía que ejerza de eje verte-
brador.
Así mismo, el libro blanco recomienda aplicar prin-
cipios que estén articulados entre sí, tales como: La
infraestructura tecnológica: redes de información
como mecanismo de comunicación, plataformas
inteligentes, infraestructuras ecoeficientes, etc.; la
estrategia energética: uso de energías renovables,
sistemas de almacenamiento y aprovechamiento
de energía, etc.; la gestión y protección de los re-
cursos: ordenación del territorio y de los recursos
basada en criterios de sostenibilidad, cooperación
entre administraciones, etc.; la provisión de servi-
cios: desarrollo de nuevos modelos colaborativos
que permitan integrar lo público y lo privado, mo-
delos de servicios mancomunados, etc.; el Gobier-
no: accesibilidad de los datos, transparencia en la
gestión, aplicación de políticas sostenibles, entre
otras [22].
2.2. El diseño Industrial en la movilidad
Una forma de materializar el concepto de sosteni-
bilidad es a través del estudio de los indicadores
ambientales en el contexto de la movilidad urbana
juegan un papel clave en la evaluación de la in-
fluencia de los diferentes modos de transporte, ya
sean individuales o colectivos, motorizados o no
motorizados, y en la reducción de la contamina-
ción del aire, entre otros asuntos relacionados a la
protección del medio ambiente. Los indicadores
sociales también son útiles para evaluar la mejora
de las condiciones de desplazamiento de la pobla-
ción en las zonas urbanas, incluida la proximidad a
los servicios de transporte, la comodidad y la pun-
tualidad [15].
El objetivo primordial del diseñador dentro de las
smart cities es humanizar la tecnología utilizada
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Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
para conectar a los humanos entre sí y que esta
sea lo más cercana posible a su entorno para que
no le parezca extraña y la adopte con naturalidad.
Además, el diseñador se convierte en un actor im-
portante en el proceso de ayudar a la comunidad
a generar respuestas que le ayuden a solventar sus
problemas con metodologías participativas aplica-
das en la innovación social. [23].
2.3. Proyectos de movilidad
A nivel Nacional podemos analizar los pilares del
Plan Nacional de seguridad Vial establecido en
2013 y que sigue en vigencia actualmente, cuyos
objetivos se verían cubiertos en los resultados de
una ciudad inteligente. Este plan busca establecer
la obligatoriedad de la aplicación de parámetros
de seguridad definidos por MTOP, en el desarro-
llo de proyectos integrales de infraestructura vial,
impulsar la aplicación de mejores tecnologías de
seguridad pasiva y activa de los vehículos, promo-
ver una mejora continua en el comportamiento de
los usuarios de las vías, garantizar una atención
integral, oportuna y óptima a las víctimas de los
siniestros. [24].
El DMQ ha implementado en su sistema de trans-
porte varios medios de movilización, en donde, el
transporte de buses colectivos es el más utilizado
por al menos el 70% de la población e incluye:
Sistema Trolebús, la Ecovía, el corredor Central
Norte y el corredor Sur Oriental. Según Vizcarra
(2010) el sistema de transporte está integrado por
buses y colectivos urbanos que tienen 134 líneas
convencionales de transporte público operadas
por 2136 buses urbanos y buses interparroquiales
compuestos por 46 líneas operadas por 500 buses
de servicio micro regional [25].
Otra medida de movilidad es el denominado Pico
y placa, siendo esta una medida de restricción ve-
hicular implementada inicialmente en la ciudad de
Bogotá. Es una medida de gestión de la demanda
de transporte para racionar el uso de una escasa
oferta de transporte ante una demanda excesiva.
Esta norma de tránsito impone una restricción de
circulación obligatoria en el área urbana a vehícu-
los privados tipo automóvil y de servicio público
en horarios “pico” (horarios con mayor afluencia
de tráfico), dependiendo del último número de
placa el automóvil, pretendiendo reducir con ella
el colapso circulatorio que se formaba en estas ho-
ras. Dentro de su aplicación, cada año se rota el día
de restricción de acuerdo al número de placa del
vehículo. [26]. El Pico y Placa comprende las ave-
nidas Morán Valverde, al sur; Diego de Vásquez, al
norte; Mariscal Sucre, al occidente; y Simón Bolí-
var, al oriente. La restricción será de 07:00 a 09:30
y de 16:00 a 19:30. La medida forma parte de un
conjunto de acciones que aplica el Cabildo para
mejorar la movilidad [27].
Figura 2. Perímetro de aplicación ordenanza Pico y
Placa [27]
El 9 de octubre del 2019 entró en vigencia la res-
tricción vehicular “hoy no circula” reemplazando
el “pico y Placa”, si bien esta ordenanza no tiene
como objetivo principal resolver el tema del trán-
sito en el D. M. Quito, se podría analizar los resul-
tados que se tenga a mediado plazo.
El sistema de transporte público “Ecovía” fue el
segundo sistema de transporte implementado en
Quito. Comenzó su funcionamiento en 2001 en el
tramo comprendido entre el Playón de la Marín y la
estación Río Coca. Este corredor se complementó
en 2011 con la apertura de la extensión Sur Orien-
tal, que hoy tiene conexión con la terminal Qui-
tumbe y con la nueva Terminal Sur Ecovía [28]. El
sistema de transporte corredor Sur Occidental, se
implementó en 2012, diseñado para brindar servi-
cio y complementar el transporte en los barrios del
sur del Distrito. Este sistema cuenta con un corre-
dor exclusivo que une Quitumbe con la terminal
de transferencia ubicada en el Seminario Mayor.
Desde allí, los usuarios pueden trasladarse al co-
rredor central norte, MetrobúsQ, y llegar hasta el
sector de la Ofelia en el noroccidente de la ciudad.
Adicionalmente, el sistema municipal de transpor-
te administrado por la EPMTPQ cuenta con más
de 40 líneas alimentadoras y de integración, las
cuales amplían su cobertura y ofrecen a los usua-
rios alternativas económicas para movilizarse y
cumplir con sus actividades cotidianas. Cada día,
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la Empresa transporta alrededor de un millón de
pasajeros en todos sus circuitos y rutas. [28]
Otro esfuerzo que se ha gestionado se ve en la in-
tegración de un bus eléctrico (Cero gases contami-
nantes) que empezó a circular en el DMQ desde el
11 de diciembre de 2017, con una longitud de 18
metros, capacidad para 160 pasajeros, y limita su
velocidad a 60 kilómetros por hora. [29]. El bus
tiene una potencia de 360KW/h, equivalente a 482
HP (caballos de fuerza); sus baterías se recargan
en 3 horas, y su vida útil es de 15 años [30]. Se ha
propuesto que el sistema de transporte público al
2020 dentro del DMQ tenga un transporte público
con cero emisiones de carbono [31].
Figura 3. Primer bus eléctrico del Ecuador [30]
BICIQUITO considerada como la Bicicleta Pública
de Quito está disposición de los usuarios, y ha sido
una implementación basada en varias experiencias
generadas en otros países. El sistema consiste en el
préstamo gratuito de las bicicletas para transpor-
tarse dentro del perímetro establecido [32].
Existe un plan futuro que consiste en la construc-
ción de un sistema de monorriel desde el valle de
los Chillos hasta el DMQ, en donde se pretende
beneficiar a más de 300 000 usuarios [33].
3. Discusión y Resultados
En el Distrito Metropolitano de Quito, el trans-
porte público (buses del sistema metro-Q, buses
urbanos e interparroquiales) representa el 62.8%
del total de medios de transporte utilizados por los
ciudadanos para movilizarse [34]. El parque auto-
motor en el DMQ en el factor de mayor inciden-
cia en el incremento de las congestiones de tráfico,
cada vez más severas durante los períodos pico del
día de manera especial en el hipercentro de la ciu-
dad, evidenciando estos inconvenientes en la red
vial principal de los Valles de los Chillos, Tumbaco
y Cumbayá [35].
La demanda de transporte masivo e individual va
relacionada con el crecimiento demográfico ace-
lerado en los centros urbanos. El tráfico y la mo-
vilidad, en términos de transporte, son la causa
principal de los impactos negativos al ambiente
urbano como la contaminación del aire, el ruido, el
consumo excesivo de recursos y la ocupación ex-
tensiva del espacio. El parque vehicular del DMQ
esta predominado por lo automotores livianos que
evidencia una tendencia en alza en propiedad de
vehículos por habitante [35].
Cada ciudad muestra como está funcionando
cada sociedad internamente, y las ciudades co-
múnmente albergan o concentran grandes grupos
humanos tal como muestran los últimos informes
de la ONU, en donde se prevé que en el año 2050
las ciudades concentraran al 70% de la población
mundial [22]. En la siguiente figura se puede evi-
denciar que el crecimiento de la población en las
ciudades y en el mundo es exponencial:
Figura 4. El aumento a nivel mundial de los habitantes
de las ciudades [36].
En el planeta, las ciudades representan apenas el
2% del espacio, pero el consumo de energía corres-
ponde al 60% al 80% del mundo y generan apro-
ximadamente el 75% de las emisiones de carbono.
En las ciudades de América Latina y El Caribe, se
estima que concentran el 36% de la población total
[37]. Así como puede ser impresionante la concen-
tración demográfica también puede representar
un escenario necesario para implementar la idea
42
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de las Smart Cities, o crear una nueva ciudad. Esto
con el afán y visión de la apertura de nuevos ne-
gocios. En la siguiente gráfica se puede observar el
crecimiento de las Smart Cities por sector.
Figura 5. Crecimiento del mercado de Smart Cities por
sector, según el informe de Markets and Markets [22]
Se afirma que en el año 2017 se mal gastaban casi
€300 millones en energía, en comida desperdiciada
alrededor de €150 millones, pérdidas por conges-
tiones €100, y la muerte de 7 millones de personas
por causa de la polución. Se cree que una ciudad
inteligente debe basar su tecnología y sus aparatos
de uso cotidiano a combatir estas principales pér-
didas de manera ordenada y sabia [38].
Una Smart City se esfuerza por promover la se-
guridad a todo nivel, la sostenibilidad, la mejora
y optimización de las infraestructuras y los siste-
mas de transporte en todas las modalidades. Uno
de los principales retos en la actualidad de una
Ciudad Inteligente se manifiesta en el control del
tráfico con el fin de mejorar varias consecuencias
que conlleva el no tener una buena gestión en este
ámbito tales como son la productividad, uso de
combustible, niveles de emisiones de carbono, en-
fermedades, entre otras. Las Smart Cities impulsan
el uso y cambio de matrices energéticas renovables
y modos de transportes sustentables (energía lim-
pia) [39]. La mejora del transporte público es un
factor extremadamente fundamental para la mo-
vilidad sostenible y la optimización del uso del
tiempo [40].
El transporte público representa un eje fundamen-
tal para vertebrar la estrategia de movilidad de una
Smart City, ya que, en sus distintas vertientes (au-
tobús, suburbano, tren), aventaja claramente en
términos de sostenibilidad y eficiencia energética
al transporte privado. Tal y como se recoge en el si-
guiente gráfico, desde el punto de vista del consu-
mo energético por viajero y por Km, el transporte
público es aproximadamente 6 veces más eficiente
que el vehículo privado:
Figura 6. Comparación de la energía consumida por
viajero y kilómetro de recorrido, en función del medio
de transporte [22]
El Municipio de Quito apoyará su planificación de
ciudad a través de “Big Data una extensa y variada
base de datos que se obtienen a través de la infor-
mación que generan los usuarios de telefonía ce-
lular y a través de los cuales se pueden crear solu-
ciones en torno a la movilidad que se desarrollará
en conjunto entre el Municipio de Quito, el Banco
Interamericano de Desarrollo (BID) y Telefónica
Movistar. Esta permitirá establecer lineamientos
para articular servicios para la ciudadanía, como
lo hacen las Smart Cities. Que permitirá el desa-
rrollo de política pública y obras dirigidas hacia la
comunidad [41].
Además, permitirá analizar datos en tiempo real y
de forma dinámica y con ello modelar proyectos
que mejoren la movilidad, conociendo cómo se
mueven las personas, los puntos críticos de embo-
tellamiento y otros datos que confluyen en la mo-
vilidad [42].
Actualmente Quito cuenta con un plan de Movi-
lidad Sostenible, delineado por la construcción de
obras significativas como las Ciclovías, Quito Ca-
bles, BiciQuito, los Buses eléctricos, la aplicación
MovilizateUIO y el Metro de Quito, que demues-
tran el verdadero interés de transformar a Quito
en una ciudad ejemplo en temas de movilidad sos-
tenible [43].
Metro de Quito abre la posibilidad de repensar la
ciudad, construir un esquema integral de desarro-
llo urbano en torno a esta gran obra, contar con
esta herramienta será fundamental para hacerla
de manera más eficaz [44]. El metro está planifi-
cado como el eje central del Sistema Integrado de
Transporte de Pasajeros (SITP) del Distrito Me-
tropolitano de Quito (DMQ). Está previsto que el
43
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Revista INGENIO N.º 1 vol. 3 (2020)
SITP lo componen, además del tren subterráneo,
el sistema de alimentadores, el transporte conven-
cional, el servicio interparroquial, el Trolebús y los
corredores municipales. De acuerdo con el plan,
el sistema integrado de transportación permitiría
que el 93% de los usuarios de servicio de transpor-
te público hallen una parada a menos de 4 cuadras
de su hogar o lugar de trabajo [44].
En el mundo existen varios ejemplos de cómo el
diseño industrial ha desarrollado productos de
movilidad con un enfoque al servicio público, me-
jorando la calidad de vida de los ciudadanos y pro-
moviendo un equilibrio entre el medioambiente y
el crecimiento de una ciudad.
Un vehículo representa para la ingeniería de trans-
porte la unidad básica sobre la cual se diseñan, cal-
culan y planean los sistemas de transporte público,
con el objetivo de satisfacer las necesidades de una
población en condiciones aceptables de confort,
confiabilidad y eficiencia. En el caso del diseño au-
tomotriz, este vehículo es el objeto que desarrolla
teniendo en cuenta necesidades humanas, factores
funcionales, prestaciones al usuario, característi-
cas que permitan su producción en entornos in-
dustriales y conceptos estéticos y conceptuales que
le dan la forma y la materialidad [45].
De igual forma es un objeto de diseño cuyo objeti-
vo es transportar a distintas personas, sin que estas
tengan la intención y la necesidad de comprarlo,
a diferencia de cualquier otro tipo de vehículo,
que se diseña incluso, pensando en cosas distin-
tas a “transportar”, pues el vehículo de transporte
público se diseña pensando en transportar, lo que
convierte a su comprador en una persona distinta
a su usuario [45].
Los usuarios de los sistemas de transporte público
urbano, son pasajeros transportados y son perso-
nas que necesitan desplazarse en un vehículo pú-
blico y tienen unos requerimientos operacionales
del sistema por los cuales están dispuestos a pagar,
convirtiéndolos en sujetos que pueden ser cuanti-
ficados y que demandan ciertas características de
estos sistemas.
Es necesario diseñar ciudades donde los peatones
puedan andar más e ir más en transporte alterno
y tener acceso a transporte público que esté a solo
10 minutos caminando desde un punto de partida.
Es necesario un plan integrado para poder saber
cuándo va a venir un bus y transferencias integra-
das para no pagar dos veces, para crear un mejor
uso de los vehículos [46].
4. Conclusiones
Las ciudades constituyen una importante amenaza
para el ecosistema del planeta; las cifras muestran
un crecimiento exponencial de la población y en el
área urbana, pero al mismo tiempo, al tratarse de
los mayores polos de concentración de talento, co-
nocimiento y capacidad de innovación, por lo que
conviene empezar a trabajar en las oportunidades
para contribuir a nuestra calidad de vida y bienes-
tar social a partir de la conversión de ciudades en
Smart Cities.
El fin de la tecnología dentro de las Smart Cities
es que la gente hable el mismo lenguaje, que las
ciudades se hagan entender de la misma manera
para los lugareños y visitantes, es generar comu-
nicación efectiva, por lo que el diseño industrial
se convierte en un articulador de conocimientos
de diferentes disciplinas que traduce a un lengua-
je entendible por todos, demuestra el poder de la
acción colectiva para resolver problemas desde la
inclusión, la sostenibilidad y la resiliencia y, sobre
todo, unifica bajo un objetivo común.
El diseño es difícil de medir. Pero puede desta-
car por la superior calidad de un diseño. Grandes
urbes, tienen en el diseño urbano, su valor dife-
renciador, potenciarlo, agrandarlo y aumentar su
valor, genera un beneficio no percibido en los ciu-
dadanos. Se debe promover la participación y la
innovación en el diseño urbano. Para inventar y
alcanzar un de futuro con capacidad de crear ven-
tajas competitivas. No cabe duda de que las Smart
Cities son un sector fértil para la innovación, un
espacio abierto donde las propuestas y categorías
de servicios y surgen productos. Este campo abre
oportunidades y nuevos desafíos del mercado para
el diseño industrial y para empresas.
El diseño industrial claramente tiene una fuerte
presencia en el metro de Quito, ya que cada va-
gón está netamente diseñado para la comodidad y
flujo de los pasajeros. Uno de los mayores proble-
mas de la ciudad de Quito es la mobilidad, y con
este proyecto podemos evidenciar como el diseño
industrial presenta una solución atractiva y mo-
derna que cumple con el objetivo de construir una
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ciuda
ciuda
El lo
duro
d inteligente enfocada en la movilidad de sus
danos.
grar construir una ciudad Inteligente es un
trabajo, que con las herramientas y meto-
[6]
B. Elzen, F. W. Geels y K. Green, System
Innovation and the Transition to Sustain-
ability: Theory, Evidence and Policy, Chel-
tenham: Edward Elgar Publishing, 2004.
dolog
objeti
ías necesarias nos facilitara llegar a nuestro
vo. Una ciudad sostenible es el objetivo de
[7]
UNEP, Design for Sustainability, País:
UNEP, 2006.
much
mátic
sarro
la úni
os países ya que con todos los cambios cli-
os que se están dando en la actualidad el de-
llo tecnológico con un enfoque sostenible es
ca forma de actuar para prevenir futuros pro-
[8]
H. B. de Barros Pereira y P. F. de Almei-
da Souza, «Design for Sustainability:,» 5th
European Academy of Design Conference,
pp. 1-17, 2003.
blem
Aplic
que d
para
as ambientales, sociales y económicos.
ar el modelo de smart city es una solución
ebe considerar la ciudad de Quito, sobre todo
mejorar en cuanto a destino turístico. Aun-
[9]
T. Goldman y R. Gorham, «Sustainable
urban transport: Four innovative direc-
tions,» Technology in Society, pp. 261-273,
2006.
que e
de for
result
fica,
s imposible convertirse en ciudad inteligente
ma inesperada y es un proceso extenso y con
ados a largo plazo, ser una smart city signi-
mejorar la gestión de la movilidad ayudando
[10]
P. Nijkamp, U. B. Erik Verhoef y C. Roden-
burg, «Sustainable mobility,» Transporta-
tion engineering and planning, pp. 1-10,
2001.
a ofre
dada
innova
nos p
relaci
cer una experiencia óptima a turistas y ciu-
nos. - La ciudad vista la necesidad de avanzar,
r y modernizarse, ya ha llevado a cabo algu-
royectos propios de una smart city que están
onadas con la mejora sostenible, la gestión y
[11]
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Business of Sustainable Mobility: From
Vision to Reality, New York: Routledge,
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partici
biern
form
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o y el uso de las nuevas tecnologías de la in-
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City%20de%20Latinoam%E9rica.
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Volante de inercia: sistemas y materiales aplicados en medios de
transporte de pasajeros
FESS Technology: Systems and Materials Applied in Passenger Transport
Remache A.
Instituto Superior Tecnológico Kachariy. Quito, Ecuador
e-mail: abel.remache@itk.edu.ec
Información del artículo
Recibido: febrero 2020
Aceptado: mayo 2020
RESUMEN
Se ha realizado un estudio del uso de la energía cinética a través de la tecnología de los volantes de inercia
FESS. Se detalla el principio de funcionamiento, su estructura interna, configuraciones y diversas consi-
deraciones técnicas que fueron necesarias para su implementación en varias aplicaciones en la actuali-
dad. Se identifican los usos en medios de transporte de sistemas KERS, el uso de tecnología de levitación
a través de los HTS, aplicaciones hibridas y sistemas Gimbal entre otros. Se define el uso de materiales
ya que es primordial para su capacidad energética y costo final en el desarrollo de esta tecnología. Para
finalizar se analiza el potencial que tiene un volante de inercia y las limitaciones a las que se enfrenta en
el ámbito de construcción, costos, materiales y densidad energética. Se concluye que los volantes se han
integrado a aplicaciones sencillas y avanzadas, con ventajas tales como un costo ambiental bajo, larga
vida útil, bajo mantenimiento y poca fricción, reducción de emisiones, entre otras. Entre las desventajas
están la baja densidad de energía, costos, uso de materiales poco accesibles, peso, entre otros; por ende,
la investigación actual trabaja en estos campos.
Palabras clave: energía cinética, volantes de inercia FESS, transporte, materiales
ABSTRACT
A study of the use of kinetic energy through the technology of FESS inertia wheels has been carried out.
It details the operation principle, its internal structure, configurations and various technical considera-
tions that were necessary for its implementation in several applications at present. It identifies the uses in
means of transport of KERS systems, the use of levitation technology through the HTS, hybrid applica-
tions and Gimbal systems among others. The use of materials is defined as it is essential for their energy
capacity and final cost in the development of this technology. Finally, the potential of a flywheel and the
limitations it faces in the field of construction, costs, materials and energy density are analyzed. It is con-
cluded that the flyers have been integrated into simple and advanced applications, with advantages such
as a low environmental cost, long service life, low maintenance and low friction, reduction of emissions,
among others. Among the disadvantages are the low energy density, costs, use of materials that are not
very accessible, weight, among others; therefore, current research works in these fields.
Keywords: kinetic energy, FESS technology, transportation, materials
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1. Introducción
Según Schutlz (2014), las áreas de importancia en
el uso vigente del volante inercial está relacionado
con: Industria automotriz, Fuentes de alimenta-
ción ininterrumpibles, Militar / Defensa, Almace-
namiento de energía de red, Aerogeneradores [1].
Diversas aplicaciones en volantes de inercia han
generado buenos resultados como por ejemplo
volantes de inercia con una capacidad de energía
específica del rotor de 195 Wh / kg, comparable
con las baterías de iones de litio. [2].
Otras aplicaciones van desde la gestión de energía
conectada a la red hasta el lanzamiento de aero-
naves electromagnéticas. Las configuraciones de
rotor predominantes están estructuradas mediante
discos, cilindros sólidos y cilindros de pared grue-
sa fabricados en carbono y compuesto de vidrio o
acero de alta resistencia [3].
Este estudio se concentra en aplicaciones relacio-
nadas a los medios de transporte, en las que los
volantes son utilizados en el almacenamiento y
ahorro significativo de energía en sistemas auto-
motrices. Mencionando un ejemplo, vehículos de
transporte de pasajeros como automóviles y trenes
tienen este sistema y varios son capaces de ahorrar
hasta un 15% de combustible en conducción por
ciudad [4], siendo accionado en frenadas y para-
das, en varios casos dependiendo de su sistema el
motor de combustión se detiene y, así, se ahorra el
consumo innecesario del combustible que produ-
ce gases contaminantes y cuyo costo es elevado en
la actualidad.
2. Desarrollo
2.1. Funcionamiento y generalidades
Un volante de Inercia es un dispositivo mecánico
giratorio utilizado para almacenar energía cinética
rotatoria. Los volantes tienen un momento signi-
ficativo de inercia y por ende resisten variaciones
en la velocidad de rotación. La cantidad de energía
almacenada en un volante es proporcional al cua-
drado de su velocidad de rotación (Ver ecuación
1). La energía se transfiere a un volante a través
de la aplicación de par externo, incrementando así
su velocidad de rotación, y por lo tanto su energía
almacenada. Un volante libera su energía almace-
nada aplicando un par a una carga mecánica, de
esta forma se reduce su rotación. [5]
En la actualidad y generalmente, el volante de
inercia está dentro de un contenedor al vacío para
eliminar la pérdida de fricción causada por el aire
y suspendido por cojinetes para una operación es-
table. La energía cinética se transfiere dentro y fue-
ra del volante pudiendo funcionar como motor o
como generador dependiendo del ángulo de carga.
Al actuar como motor, la energía eléctrica sumi-
nistrada se convierte en par y se aplica al rotor; en
el modo generador, la energía cinética almacenada
en el rotor aplica un par, que se convierte en ener-
gía eléctrica. Aparte del volante se requiere una
electrónica de potencia adicional para controlar la
entrada y salida de potencia, la velocidad, la fre-
cuencia, entre otras [6].
Figura 1. Estructura del volante de inercia [7].
Formulaciones básicas. - Como se ha menciona-
do, la energía cinética almacenada en un volante es
proporcional a la masa y al cuadrado de su veloci-
dad de rotación acorde con la Ecuación (1).
(1)
Donde: E
k
= Energía cinética almacenada en el vo-
lante (Kinetic energy),
I = Momento de inercia,
w = Velocidad angular del volante,
Para los rotores de acero (volantes), la forma do-
minante es un cilindro sólido, por lo que se da la
siguiente expresión para I:
(2)
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Donde: r = radio,
a = longitud del cilindro,
m = masa del cilindro,
v = coeficiente de Poisson,
r = cualquier radio dentro del rotor.
(7)
ρ = densidad del material del cilindro,
Cuando la forma supone un cilindro circular hue-
co, conduce a la ecuación 3
(3)
Donde: r
o
= radio externo,
r
i
= radio interno
Así la manera más eficiente de aumentar la ener-
gía almacenada es acelerar el volante. El límite de
velocidad se logra a través de cargas inerciales o
resistencia a la tracción. Los materiales más lige-
ros desarrollan cargas de inercia más bajas a una
velocidad dada, por lo tanto los materiales com-
puestos, con baja densidad y alta resistencia a la
tracción, son excelentes para almacenar energía
cinética [8]. De esta manera la energía cinética por
unidad de volumen y masa se define por [9]:
ev=Kσ (4)
em=Kσ/ρ (5)
Donde:
e
v
= energía cinética por unidad de volumen,
e
m
= energía cinética por unidad de masa,
K = es el factor de forma,
σ = tensión máxima en el volante.
Las tensiones en un volante de inercia influirán
en las tres dimensiones. Para un rotor construido
con un material no isotrópico, como compuestos
con fibra, la interacción de esfuerzos limitará las
dimensiones prácticas posibles. En diseños cortos
(generalmente volantes de inercia huecos), las ten-
siones de interés primario son la tensión radial σΓ
(Ecuación 6) y la tensión del aro σθ (Ecuación 7)
[8]. Para un material isotrópico, la tensión radial y
de aro se expresan mediante las ecuaciones:
Varios datos de materiales para volantes de inercia
son posibles encontrar en tablas como informa-
ción abierta, así como los factores de forma K
2.2. Transporte liviano
2.2.1. Sistema KERS
El sistema KERS (Kinetic Energy Recovery System),
implementado en vehículos de turismo, se basa en
los principios de funcionamiento del volante de
inercia, puede actuar como dinamo-alternador en
fases de frenada, y como motor eléctrico de corrien-
te continua en fases de aceleración. Pero a diferencia
de la versión mecánica, el KERS eléctrico puede te-
ner o no baterías químicas para almacenar energía
(Figura 2). Flybrid (empresa desarrolladora KERS)
junto a Magnetti Marelli desarrolló un dispositivo
híbrido entre el eléctrico y el mecánico de 27kg;
esta versión del KERS almacena en una cámara de
vacío, un volante de inercia que gira libre de roza-
mientos gracias a la energía cinética recuperada en
las frenadas, que puede producir el giro de un rotor
de reluctancia variable sobre un estator, generando
corriente alterna que rectificada a continua (ac-dc),
alimenta a un motor eléctrico [10].
El KERS ha desarrollado un sistema de vacío, ge-
nerando un estado de giro en extremo duradero,
debido a la inercia generada, que solo se pierde
en fases de aceleración cuando la energía cinéti-
ca se aplica a la tracción del vehículo. El sistema
KERS mecánico no transforma la energía cinética
en eléctrica, solo utiliza su movimiento para ayuda
de tracción, y por tanto no necesita ningún tipo de
motor eléctrico o batería [10].
Donde:
(6)
Figura 2. Volante de inercia KERS [10]
50
ISSN impresa 2588-0829
Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
Los sistemas de recuperación de energía cinética
no obtuvieron los resultados esperados en la Fór-
mula 1, pero varias compañías automotrices in-
sertan e investigan esta tecnología en automóviles
de turismo. Varias aplicaciones se han dado en los
últimos años combinando esta tecnología con la
transmisión CVT (Continuously Variable Trans-
mission), para mejorar los resultados en automó-
viles de cambios automáticos.
Tipos de Sistemas KERS
KERS Mecánico: El KERS mecánico utiliza un vo-
lante como el dispositivo de almacenamiento de
energía y una transmisión variable para contro-
lar y transferir la energía hacia y desde la línea de
transmisión.
KERS eléctrico: El sistema de recuperación de
energía cinética eléctrica convierte la energía ciné-
tica en energía química para el almacenamiento y
se utiliza un sistema generador de motor eléctrico
como medio de transferencia y control de la ener-
gía.
KERS Hidráulico: Este sistema es particularmente
adecuado para la aplicación en la ciudad. El fre-
nado regenerativo en vehículos que utilizan una
bomba/motor hidráulico de desplazamiento va-
riable junto con un acumulador hidráulico neu-
mático ha atraído considerable interés durante los
últimos años.
KERS Hidroeléctrico: Un sistema hidráulico de si-
nergia eléctrica (HESS) es un acumulador hidráu-
lico y un sistema de energía híbrida de batería. Este
sistema sigue una estructura de energía híbrida
para integrar una batería de alta energía específi-
ca con un acumulador hidráulico de alta poten-
cia para obtener la salida requerida. Por lo tanto,
supera los inconvenientes de una única fuente de
almacenamiento de energía tipo KERS [11] [12].
2.2.2. Bicicletas
Un volante de inercia almacena transitoriamente la
energía cinética cuando el ciclista frena o ralentiza
el movimiento de la bicicleta. Esta energía almace-
nada en el volante se puede reutilizar o recuperar.
Considerando que esta energía habitualmente es
perdida durante el proceso de frenado la misma
puede ayudar a la reconexión de la velocidad y ac-
cionamiento mecánico. De esta manera, se puede
aumentar la eficiencia energética, e incrementar la
velocidad rápidamente (Figura 3) [13].
Figura 3. Sistema KERS – Copenhaguen Wheel [13], [14]
La figura (3) muestra la estructura interna utiliza-
da en sistemas KERS para bicicletas. El proyecto
desarrollado por el MIT fue denominado Copen-
haguen Wheel, puesto que solo se adapta el neu-
mático posterior a cualquier bicicleta y actualmen-
te está siendo introducido en esa ciudad. Varios
sensores y módulos ayudan a controlar y almace-
nar datos de recorrido que facilitan la conexión a
aplicaciones móviles.
51
ISSN electrónica 2697-3243
Revista INGENIO N.º 1 vol. 3 (2020)
2.3. Transporte pesado
2.3.1. Autobuses
Los primeros autobuses fueron los giro-buses
(Gyrobus), desarrollados durante la década de
1940. Bajo el principio de un volante de inercia
de acero. El volante pesaba 1500 kg y tenía un
diámetro de 1,6 m. Cada cinco kilómetros, el ve-
hículo se detenía por unos minutos, conectaba su
toma a la red y recargaba su impulsor, que accio-
naba un generador eléctrico. Este impulsor gen-
eraba movimiento, con baja resonancia a 3.000
rpm [15].
El alto consumo de energía, una gran necesidad de
mantenimiento y reparación y el uso de la carrete-
ra debido a la pesadez de los autobuses derivó en
la salida de utilización de este tipo de auto buses.
Cuando un autobús está desempeñándose en áreas
urbanas, genera un gran número de arranques y
paradas, haciendo que el volante inercial sea una
opción adecuada para el sistema de control de po-
tencia. Los nuevos sistemas Flybrid (Empresa de-
dicada al desarrollo de volantes para vehículos y
buses) reportan un ahorro de combustible del 45%
para un autobús de 17 toneladas métricas en el ci-
clo de conducción del autobús de Londres [5]. La
optimización de los sistemas KERS hacen posible
su aplicación en autobuses (Figura 4), adaptado al
sistema de transmisión.
Figura 4. Flybrid para Autobuses[16]
Las características clave del prototipo Flybus, son
un volante Ricardo Kinergy como medio de alma-
cenamiento de energía y una transmisión variable
continua (CVT) Torotrak que transfiere energía
al volante. El volante de inercia Ricardo Kinergy
utiliza acoplamiento magnético de bajo costo. El
resultado es un sistema hibrido de bajo consumo
de combustible y bajas emisiones de carbono.
2.3.2. Tren de transporte pesado
Cuando un tren eléctrico frena, la energía es a me-
nudo desperdiciada como calor debido a la falta de
un sistema de almacenamiento de energía. Con tal
sistema instalado, la energía del freno de un tren se
puede utilizar como energía de la aceleración para
otro tren.
La Universidad de Texas de Austin probó un vo-
lante destinado a la recuperación de energía del
freno de tren, que fue diseñado para almacenar
130 kWh a 15.000 rpm, y probado hasta 13.600
rpm. El rotor estaba hecho de compuestos de fibra
de carbono, y fue suspendido por cojinetes mag-
néticos activos axial y radialmente con un rotor
girado en vacío. Se colocó una máquina eléctrica
de 2 MW fuera del vacío (Hedlung, Lundin, De
Santiago, & Abrahamson, 2015). Ricardo (Fabri-
cante de Volantes de Inercia) y Artemis (Sistemas
CVT) han diseñado un sistema integrado para tre-
nes eléctricos, que proporciona un incremento del
rendimiento en redes ferroviarias eléctricas EMU
(Electric Multiple Unit) (Figura 5). Esta configura-
ción puede usar la energía acumulada del volante
de inercia (Por medio de un interruptor controla-
do) o a su vez puede utilizar la red eléctrica para
conectarlo al Motor-Generador según convenga
para su movimiento. Además, se puede activar y
cargar eléctricamente el volante de inercia como
muestra la figura.
Figura 5. Sistema EMU conectado al volante de inercia [17]
52
ISSN impresa 2588-0829
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2.3.3. Ferrocarril ligero
La aplicación de la tecnología de volante a la LRT
(Light Rail Train) almacena la energía generada
durante las paradas de pasajeros frecuentes del
tren (Similar a trenes de carga pesada). Los volan-
tes de inercia son capaces de recargar y descargar
mucha energía muy rápidamente, por lo que son
idóneas para este propósito, las baterías conven-
cionales no duran mucho bajo esas condiciones.
Estos sistemas generan ahorros potenciales atrac-
tivos para el presupuesto de transporte público de
una ciudad. Para el sistema LRT de Edmonton, se
ha calculado un ahorro de energía del 31% y un
ahorro de costos del 11% [5].
Figura 6. Light Rail Train [18].
2.3.4. Locomotoras ALPS
El programa ALPS forma parte del Programa de
Alta Velocidad de Nueva Generación, patrocinado
por la Federal Railroad Administration. El objeti-
vo del programa ALPS es desarrollar un sistema de
propulsión de locomotora de combustibles fósiles
capaz de mantener velocidades de 150 mph en la
infraestructura existente. El peso de las locomo-
toras diésel eléctricas convencionales puede crear
fuerzas dinámicas que dañan la pista. El motor
principal del sistema ALPS es una turbina de gas
ligera de alta velocidad que reduce el peso de las
locomotoras y las fuerzas dinámicas de la vía a ve-
locidades más altas.
La potencia de propulsión principal es propor-
cionada por una turbina de gas de 4.000 hp que
acciona un alternador síncrono con una potencia
nominal de 2 MW con una potencia máxima de 3
MW. La salida del alternador se rectifica para pro-
porcionar energía a un bus de línea, que distribuye
la energía a través de la locomotora (Figura 7).
Figura 7. Sistema EMU conectado al volante de inercia [19]
Los motores de tracción AC de la locomotora son
accionados a través de variadores de frecuencia
conectados al bus DC. El motor/generador del
volante también está conectado al bus de salida a
través de un convertidor bidireccional de potencia
de frecuencia variable. El rotor es levitado en roda-
mientos magnéticos para minimizar las pérdidas
por rotación y permitir el funcionamiento a largo
plazo en un ambiente de vacío. Tanto los cojinetes
magnéticos radiales como los axiales son de tipo
imán permanente con bobinas de control activas
montadas en el estator. Esta configuración propor-
ciona un control estable del rotor en un entorno
dinámico de locomotora. El volante funciona en
un vacío de 0,0131579 atmósferas para minimi-
zar las pérdidas de viento. El rotor del motor está
acoplado a un motor/generador de inducción que
funciona a presión atmosférica.
El motor/generador de inducción es una máqui-
na de inducción de barra de cobre con una poten-
cia nominal de 2 MW en la gama de velocidades
de 7.500 a 15.000 rpm. Se conecta a través de un
inversor al bus de la locomotora y puede operar
en las regiones de motor o de generación, depen-
diendo de si se ordena acelerar el volante o entre-
gar energía al autobús. El control funciona en un
modo V/Hz constante (par constante) en el rango
de velocidad de 7.500 a 12.000 rpm y en un modo
de tensión constante (potencia constante) de
12.000 a 15.000 rpm.
53
ISSN electrónica 2697-3243
Revista INGENIO N.º 1 vol. 3 (2020)
2.4. Autobús Metro Transit de Houston
El sistema de autobús de tránsito comparte una
filosofía común con la locomotora en que el vo-
lante sirve como dispositivo de nivelación de car-
ga. La energía de frenado se utiliza para acelerar
el volante y la energía almacenada en el volante
se utiliza para complementar la central eléctrica
principal para lograr la aceleración o para mante-
ner la velocidad.
El motor/generador es una máquina sincrónica
con imanes permanentes montados en el rotor.
Los devanados del estator, que están a presión at-
mosférica, son refrigerados por líquido. El rotor
está en vacío, sin embargo, y el calor generado por
las corrientes parásitas en cualquier parte del rotor
debe ser eliminado por radiación. Se ha dedicado
un importante esfuerzo de desarrollo a reducir las
pérdidas del rotor, de modo que las pérdidas se
puedan disipar sin elevación de temperatura ex-
cesiva en el rotor. En la Figura 8 se muestra una
imagen de la unidad instalada en el bus [19].
Figura 8. Sistema EMU conectado al volante de inercia [19]
2.4.1. Sistema DDPM
Esta tecnología emplea un volante inercial de bo-
bina con un diseño capaz de generar alta velocidad
junto con altas cargas de choque (masa de hilado
de 21Kg, > 45.000 rpm). El par se transfiere al vo-
lante en una cámara de vacío mediante una forma
de acoplamiento magnético a través de la pared de
la cámara, sin comprometer la integridad del va-
cío. La adaptación de velocidad se logra mediante
una bomba/motor hidráulico (Pump-Motor) de
desplazamiento digital (Digital Displacement) de
alta eficiencia (DDPM), en la que los cilindros in-
dividuales están controlados por válvulas de sole-
noide intervenidas digitalmente.
Figura 9. Sistema EMU conectado al volante de inercia [17]
Una aplicación se puede dar conectando a una lí-
nea de transmisión DMU (Diesel Multiple Unit).
El uso de una conexión hidráulica al módulo de
volante permite que este elemento sea montado
elásticamente al cuerpo y evite así los altos nive-
les de vibración asociados con los ejes. Además, la
instalación se facilita mediante mangueras flexi-
bles en lugar de ejes o accesorios, lo que permite
a los diseñadores utilizar el espacio existente con
una interrupción minimizada del equipo existen-
te. Este sistema es válido y adaptable a sistemas
EMU [20]. Los dispositivos DDPM se han aplica-
do con acumuladores hidráulicos como medio de
almacenamiento de energía en vehículos híbridos
paralelos para autobuses urbanos, para los que se
han previsto ahorros superiores al 30%. La baja
densidad de energía de los acumuladores hidráu-
licos, en comparación con las baterías químicas o
cinéticas, las hace inadecuadas para la aplicación
en trenes (EMU), por lo tanto, se considera la inte-
gración de los volantes de inercia.
2.5. Tranvías de volante
Existen dos tipos de tranvías de volante: híbrido
y cero-emisiones. Los tranvías del volante híbrido
se basan en la energía cinética almacenada en sus
volantes para accionar los trenes durante la acele-
ración y luego recargar los volantes cuando frenan.
Los tranvías de volante de emisiones de cero emi-
siones dependen únicamente de la energía cinética
almacenada en sus volantes que se recarga en esta-
ciones y puntos de parada. Estos puntos de parada
deben ser relativamente pequeños (inferiores a 0,5
54
ISSN impresa 2588-0829
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millas en algunos casos) para que esta tecnología
sea viable como un sistema autónomo.
Los sistemas de volante externo también se pue-
den utilizar en los ferrocarriles electrificados para
ayudar a regular el voltaje de la línea a través de la
reducción de las demandas de potencia durante la
aceleración [21].
Figura 10. Tranvía de volante [21].
2.5.1.
Tecnología de Levitación
En 2005, se inició una investigación a gran escala
sobre la aplicación de la tecnología ferroviaria de
levitación aplicada a ferrocarriles convencionales.
Los imanes superconductores se pueden utilizar
para levitar, propulsar y guiar objetos pesados (ta-
les como vehículos ferroviarios), permitiéndoles
así viajar sin contacto y a alta velocidad. El uso de
estos principios condujo a la idea de que el rotor
de inercia sea un sistema de almacenamiento de
energía de volante, una solución eficaz para la re-
generación energética, utilizando bobinas super-
conductoras en el cojinete del sistema. El sistema
Maglev utiliza bobinas superconductoras de alta
temperatura REBCO, que generan campos mag-
néticos de gran alcance, en vez de los imanes per-
manentes. Con este diseño, la densidad de la fuer-
za electromagnética aumenta con el cuadrado de
la densidad de flujo magnético, lo que permite ase-
gurar suficiente densidad de fuerza electromagné-
tica con menos piezas de material superconductor.
Figura 11. Sistema de Levitación Maglev [22].
Principios utilizados en este sistema: Intensa fuerza
magnética generada por las bobinas superconduc-
toras levita objetos pesados (vagones/rotores) y los
hace viajar y transportarse a alta velocidad [22].
En el tema del volante de inercia, tanto el estator
como el rotor del cojinete magnético supercon-
ductor deben enfriarse ya que ambos están hechos
de material superconductor, por lo que se han he-
cho esfuerzos investigativos y tecnológicos para
mejorar esta tecnología por parte de RTRI. Los
mejores resultados se han dado cuando las bobi-
nas superconductoras del estator son refrigeradas
por conducción con un refrigerador mientras que
las piezas de material a granel superconductoras
levitadas son enfriadas por medio de conducción
de gas molecular a través de las bobinas (Figura
12). En las últimas investigaciones se utilizaron
bobinas superconductoras de alta temperatura de
bismuto en lugar de bobinas superconductoras de
alta temperatura REBCO. La investigación demos-
tró que es eficaz el enfriamiento con gas de helio
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ISSN electrónica 2697-3243
Revista INGENIO N.º 1 vol. 3 (2020)
delgado, así como levitar con éxito y girar el rotor
sin contacto. La prueba de carga y velocidad a es-
cala completa de un cojinete magnético supercon-
ductor, utilizando bobinas de alambre supercon-
ductoras de bismuto a alta temperatura, confirmó
una serie de asuntos que se estaban estudiando,
incluyendo el tema de si el cojinete era capaz de
soportar una carga máxima de 60 kN [22].
Figura 12. Configuración para Sistema Maglev [22]
Respecto a la tecnología utilizada en varios países
(Japón y Alemania), la tecnología Maglev puede
tener un mecanismo físico muy diferente, inclu-
yendo la suspensión electromagnética (EMS) y la
suspensión electrodinámica (EDS). Mientras que
la técnica de EMS (Transrapid alemán) se rige por
fuerzas atractivas entre los electroimanes y el carril
de acero EDS (Yamanashi japonés Maglev) depen-
den de fuerzas repulsivas.
En general, la tecnología de volante del maglev se
ha utilizado en autos de turismo, trenes, y avia-
ción. En vehículos eléctricos, las baterías de al-
macenaje del volante del maglev son capaces de
acelerar el vehículo en una sola impulsión como
una sola energía, y utilizar las baterías del coche
eléctrico como energía auxiliar. Cuando se adapta
la energía auxiliar, el volante del Maglev estabiliza
la salida de energía de las baterías eléctricas y me-
jora su ciclo de vida. Además, el Maglev mejora
la eficiencia de recuperación de energía de frena-
do regenerativo. Cuando el vehículo eléctrico esta
cuesta abajo, deslice o frene, la batería del volante
del maglev puede almacenar muy rápidamente la
energía mecánica y mejorar la energía de frenado
regenerativa [23].
2.6. Sistema Gimbal para bus
El objetivo de este sistema es incrementar el po-
tencial de almacenamiento de energía del sistema
de volante, reducir los efectos inerciales de los dis-
tintos y maximizar el uso de tecnologías de bajo
costo. La reducción inercial de los volantes dismi-
nuye la carga que experimentan los rodamientos
debido a los efectos giroscópicos generados por el
desplazamiento del autobús. Normalmente se uti-
lizan cardan para ayudar a manejar estas cargas,
pero los cardán aumentan el volumen y el peso del
sistema [24].
El diseño del cardán para esta aplicación del volan-
te utiliza dos pares de puntos de pivote para aislar
el cardán de los movimientos del bus y mantener
el eje de rotación vertical (Figura 13). El cardán
permite un giro de 15 ° del volante en cualquier
dirección para acomodar los movimientos del ve-
hículo. El centro de gravedad del volante está des-
plazado por debajo de los ejes cardan para inducir
una fuerza natural del muelle del péndulo que ac-
túa para mantener el volante vertical.
Figura 13. Diseño de sistema Gimbal [24].
El amortiguamiento para el cardán es proporcio-
nado por un conjunto de amortiguadores girato-
rios en cada eje. El rotor se basa principalmente
en el acero para la estructura del volante y se hace
hincapié en la reducción de tamaño para las ven-
tajas de envasado del vehículo. Si se compara con
los ultracapacitores, estos son capaces de propor-
cionar algunas de las mismas ventajas que un siste-
ma de almacenamiento de energía del volante. Los
ultracapacitores y volantes de inercia en compara-
ción con las baterías químicas, estos tienen mayor
densidad de potencia. Con respecto a la capacidad
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de almacenamiento de energía y las densidades de
potencia, los ultracapacitores y los volantes son
comparables. El único beneficio de los volantes es
que no hay degradación del rendimiento a lo largo
de la vida útil del volante.
Luego de diez años de vida operativa, los ultra-
condensadores pueden perder una capacidad del
20% al 30% operando a temperatura ambiente.
Los límites de tiempo de vida en el sistema de vo-
lante se deben principalmente a los cojinetes del
elemento rodante para una vida útil de 10 años.
Después de 10 años de servicio los cojinetes pue-
den ser reemplazados para extender la vida de
los volantes. Los auxiliares del sistema incluyen
inversores y controladores para los generadores
de motores, circuito de refrigeración de líquidos
y una bomba de vacío. Cada volante con cardán
y contención tiene una masa de 390 kg. La masa
total del sistema sería de 860 kg con un volumen
de 1 m3 [24].
Tabla 1. Resumen de sistemas
Sistema
Tipo
Condición
Rpm
Kwh
Sistema KERS Auto-
móviles
Sistemas: Mecánico,
eléctrico, hidráulico,
hidroeléctrico
Se combina con sistemas
híbridos, CVT, o Supercon-
densadores
60000
0.12
Sistema KERS Bici-
cletas
Sistema mecánico
Sensores inteligentes de
torque
-
-
Sistema KERS Auto-
buses
Sistema KERS optimi-
zado
Hibrido con Transmisión
CVT
60000
0.11
Tren de transporte
pesado
Sistema de Línea Eléc-
trica
Transmisión CVT
Doble Motor generador
eléctrico
15000
130
Ferrocarril Ligero
Sistemas: de Línea eléc-
trica; Sistema mecánico
Con volante de inercia In-
corporado
6500
1.2
Locomotoras ALPS
Propulsión: combustible
fósil
Incluye: Turbina de gas,
Motor generador, Freno
dinámico
15000
133
Autobús Metro Tran-
sit de Houston
Sistema Motor/genera-
dor Inducción
El Frenado acelera el volante
40000
2
Sistema DDPM
Sistema Hidráulico di-
gital
Uso de acumuladores hi-
dráulicos para generar mo-
vimiento
>45000
-
Tranvías de Volante
Sistemas: hibrido;
Sistemas Cero emisio-
nes (no híbrido)
Volante de inercia incorpo-
rado en el tranvía
2600
-
Sistema Levitativo
Maglev
Uso de superconducto-
res HTS
Sistema de refrigeración
avanzado. (Criogénico)
11000
5
Sistema Gimbal para
bus
Reductor de efectos
inerciales
Giro de cardan para incre-
mentar la vida de los coji-
netes.
18000
1.87
57
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3. Materiales
En la actualidad existen materiales comunes para
volantes de inercia, y dependerá de su aplicación
y diseño para ser utilizado. Los materiales iso-
trópicos (Por lo general metales) no requieren de
mucha atención en la orientación del material. Los
materiales compuestos en cambio requieren de
buena orientación particularmente los materiales
fibrosos. Cuando las fibras unidireccionales están
orientadas circularmente se consigue una gran re-
sistencia a las tensiones tangenciales. A esta orien-
tación, en dirección tangencial, se la denomina fi-
bras a 0 grados y se toma como referencia porque
es la dirección natural. Como caso especial, el ro-
tor puede formarse por fibras en la dirección axial
y se denominan fibras a 90 grados. [9]
Figura 14. Orientación de las fibras: 0 grados
tangencial y 90 grados axial [9].
Si las fibras están orientadas a 0 grados pueden so-
portar la fuerza centrífuga del rotor a través de la
componente tangencial de la tensión. Las fibras a
90 grados no resisten tensiones tangenciales, ni ra-
diales, porque ambas direcciones son normales a
esta dirección, sólo resisten tensiones axiales, que
aparecen en algunos rotores de gran longitud.
Los rotores compuestos reforzados con fibras
orientadas circunferencialmente, probablemente
generen grietas circunferenciales, pero son menos
propensas a originar fragmentos de proyectiles de
vuelo libre en caso de un fallo catastrófico. En ge-
neral, la geometría y la velocidad del volante deter-
minan la capacidad de almacenamiento de energía
[8]. La máxima densidad energética generalmen-
te va de la mano de una excelente resistencia a la
tracción junto con una baja densidad de masa. A
continuación, en la tabla 2 se puede apreciar esta
relación, además que el material que mejor densi-
dad de energía genera tiende a ser el más costoso.
Tabla 2. Datos de diferentes materiales para volantes [8]
Material
Densidad
(kg.m
-3
)
Resistencia
a
la Tracción
(MPa)
Densidad de energía máxi-
ma (Para 1 kg)
Costo €/
Kg
Material monolítico
Acero 4340
7700
1520
0.19 MJ/kg = 0.05 kWh/kg
1
Compuestos
E-Glass
2000
100
0.05 MJ/kg = 0.014 kWh/kg
11.0
S2-Glass
1920
1470
0.76 MJ/kg = 0.21 kWh/kg
24.6
Carbono T1000
1520
1950
1.28 MJ/kg = 0.35 kWh/kg
101.8
Carbono AS4C
1510
1650
1.1 MJ/kg = 0.30 kWh/kg
31.3
Para la densidad de energía de alta masa, se
utilizan materiales de alta resistencia y liger-
os, mientras que, para la densidad de energía
de alto volumen, se considera la alta resis-
tencia del material. La Tabla 3 muestra las
propiedades mecánicas de algunos materiales
seleccionados y su capacidad ideal de almace-
namiento de energía para un volante en forma
de disco.
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Tabla 3. Propiedades mecánicas para diferentes materiales utilizados en volantes [5].
Material
σ
(MPa)
ρ
(Kg/m
3
)
em
(kJ/kg)
ev
(kJ/m
3
)
Acero (AISI 4340)
1800
7800
140
1092000
Aleación (AlMnMg)
600
2700
135
364500
Titanio (TiAl62r5)
1200
4500
162
729000
Fibra de vidrio (60%)
1600
2000
485
970000
Fibra de carbono (60%)
2400
1500
970
1455000
De esta manera y tomando en cuenta la tabla ante-
rior, la mejor opción para diseñar un volante con
alta energía y ligero será utilizando fibra de carbo-
no. En cambio, un volante con alta energía y pe-
queño (en tamaño) tendrá que diseñarse en acero,
aunque su peso será elevado. La fibra de carbono
tiene un comportamiento muy anisotrópico, con
malas propiedades en la dirección radial, por lo
que debe tomarse en cuenta estos detalles al con-
siderar los materiales. “Los rotores de acero tienen
una energía específica de hasta 5 Wh / kg, mien-
tras que los rotores compuestos de alta velocidad
han alcanzado una energía específica de hasta 100
Wh/g” [25] [5].
Otro ejemplo se da en la tabla 4 en donde se pre-
senta las características mecánicas y económicas
de los materiales típicos de acero y compuestos.
Aquí, los materiales compuestos como Kevlar, R-
Glass o E-Glass epoxy son los más indicados
para volantes de alta potencia específica y poca
masa. El maraging de acero en cambio tiene una
buena relación de potencia y volumen por lo que
se adapta a espacios limitados [26] [27].
Tabla 4. Propiedades mecánicas y económicas de materiales utilizados en volantes [26], [27].
Material
Densidad
(kg.m
-3
)
Resistencia a la Tracción
(MPa)
Costo €/Kg
36NiCrMo16
7800
880
6
Maraging 300
7800
1850
32.6
E-Glass Epóxido
1900
1350
23.5
R-Glass Epóxico
1550
1380
58.0
Kevlar Epóxico
1370
1400
72.0
La construcción de un sistema también se puede
analizar desde la perspectiva de costo por kWh
generado por lo que la fibra de carbono supone
una solución de menor costo para almacenar can-
tidades relativamente grandes de energía. Algunos
costos tienden a bajar acorde a los avances y el mo-
vimiento del mercado (Figura 15) [28].
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Existen nuevos materiales que se encuentran en
etapas iniciales de uso e investigación, el potencial
futuro del almacenamiento de energía del volante
se evalúa comparando materiales contemporáneos
con algunos nuevos (Tabla 5). Los nanotubos de
carbono son poco conocidos pero han recibido in-
terés tanto de la NASA como del Departamento de
Defensa de Estados Unidos [2].
Figura 15. Costo Material de Rotor Vs Energía
Específica [29]
Tabla 5. Potencial teórico de volantes con materiales contemporáneos y futuros [2].
Material
Tracción Final
(MPa)
Densidad
(kg.m
-3
)
Densidad de
Energía de Ro-
tor (Wh/kg)
Aluminio 7075
572
2810
28
Acero inoxidable 17-7 PH
1650
7800
29
Titanio Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn ST 790 ºC
1380
4760
40
E-glass (Fibra de vidrio) Advantex
1400
2146
90
Compuesto T1000G Toray
3040
1800
234
Compuesto T1000G Fibra
6370
1800
491
Nanofibras de Carbono cultivadas a vapor
2920
2000
202
Nanotubo de carbono de pared simple (Baja gama)
50000
1300
5341
Nanotubo de carbono de pared simple (Alta gama)
500000
1300
53418
Nanotubos de carbono multi pared (Baja gama)
10000
1750
793
Nanotubos de carbono multi pared (Alta gama)
60000
1750
4761
Para el núcleo ferromagnético y el devanado, los
materiales de uso común son respectivamente la
aleación Fe-Si y el cobre. Los ejemplos de los va-
lores de costo para estas materias primas se dan
en la tabla 6. Estos valores se obtienen de los da-
tos del fabricante.
Tabla 6. Materiales comúnmente utilizados en núcleo y devanado [26].
Símbolo
Descripción
Parte del sistema
Valor
C
iron
Aleación Fe-Si
PMSM núcleo
3.0 €/Kg
C
CO
Cobre
PMSM devanado
6.0 €/Kg
C
mag
Nd-Fe-B
PMSM imán
140.0 €/Kg
Nota: PMSM (Permanent Magnet Synchronous Machine)
60
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El rotor de un sistema generalmente no supera el
20% del costo total. En consecuencia, no es válido
escalar el coste del sistema del volante a razón de
dólares por kilovatio-hora, sin tener en cuenta la
composición del coste del sistema del volante.
Sin embargo, el coste incremental por unidad de
energía almacenada es calculable para materiales
de rotor. La siguiente tabla ofrece una aproxima-
ción del costo incremental del material del rotor
para aplicaciones de volante de alta velocidad.
Tabla 7. Aproximación del costo incremental acorde al material del rotor [3]
Material
$(Kw-h)
-1
Masa (Kw-h)
-1
Compuesto de Carbono
1200
1
Acero 1800 MPa (260000 psi)
1800
7x
Acero 1100 MPa (160000 psi)
2000
12x
Acero 600 MPa (90000 psi)
4000
24x
El motor/generador integrado suele ser de un cam-
po giratorio integrado por electroimanes o imanes
permanentes de tierras raras. Las propiedades de
los imanes permanentes de alto campo producen
densidades de flujo lo suficientemente altas como
para permitir que las máquinas con devanados de
armadura sin ranura (devanados de entrehierro),
no tengan un núcleo de estator magnético. La au-
sencia de un material ferromagnético en el estator
tiene dos impactos importantes en el rendimiento
de un motor/generador: En primer lugar, la baja
permeabilidad reducirá rápidamente la intensidad
del campo magnético cuando se aleja del imán,
la tensión inducida se reduce, disminuyendo así
la potencia generada. En segundo lugar, no habrá
pérdida de calor en el núcleo del estator debido a
efectos de histéresis.
La baja resistencia a la tracción de los imanes en
comparación con la del compuesto del volante li-
mita su colocación en la proximidad del cubo, así
como su número de polos. La Tabla 8 muestra la
resistencia a la tracción de materiales magnéticos
comunes. Las ferritas debido a su baja conducti-
vidad no producen, corrientes parásitas induci-
das en la superficie. Sin embargo, algunos de los
materiales de tierras raras sinterizados tienen una
gran conductividad y por lo tanto sufren de tales
problemas [8].
Tabla 8. Propiedades de Materiales magnéticos utilizados en volantes [8]
Material
Densidad
(kg/m
3
)
Resistencia a
la Tracción
(MPa)
Remanencia
(T)
Neodimio-Hierro-Boro Sinterizado (Nd-Fe-B)
7400-7600
80
1.08-1.36
Samario- Cobalto Sinterizado
8000-8500
60
0.75-1.2
Ferrita Sinterizada
4800-5000
9
0.2-0.43
Inyección de material compuesto (Nd-Fe-B)
4200-5630
35-59
0.40-0.67
Compuesto Moldeado por Compresión (Nd-Fe-B)
6000
40
0.63-0.69
Inyección de material compuesto – Ferrita
2420-3840
39-78
0.07-0.30
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Comparativa
Los sistemas de volante de inercia han desarro-
llado una tecnología fuerte y pueden competir
directamente con sistemas de baterías o pilas de
combustible. Los materiales utilizados en volan-
tes de inercia son amigables con el ambiente y
tienen larga vida útil. Las aplicaciones son muy
variadas y pueden manejar altas velocidades de
descarga sin degradación. Las futuras innovacio-
nes dan ventaja a los volantes de inercia respecto
a la densidad de energía sobre otras tecnologías
recientes (Figura 16).
Figura 16. Nuevas aplicaciones de materiales en volantes de inercia [29].
El costo es uno de los factores decisivos en la se-
lección de una tecnología de almacenamiento de
energía sobre otra, además del cumplimiento del
requerimiento específico de la aplicación. Los vo-
lantes deben competir con las baterías y los ultra-
capacitores sobre la base del costo, aunque el costo
se debe evaluar durante la vida útil de un sistema.
La competencia relativa de los costos de los ultra-
capacitores, baterías y volantes puede presentarse
en términos de potencia y tiempo de descarga. La
figura 28 muestra las regiones en las que los volan-
tes, los condensadores y las baterías son más ren-
tables. Así como las valoraciones de los fabrican-
tes de sistemas de volante. La región sombreada
indica el espacio en donde los volantes presentan
ventajas.
Figura 17. Comparativa entre Ultracapacitores, baterías y volantes [3].
62
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Los volantes son convenientes para aplicaciones
que requieren energía durante más de varios se-
gundos y hasta varias o decenas de minutos, con
un ciclo de vida útil alta. Para aplicaciones que re-
quieren menos de 100 kW, los costos del sistema
conducen a que los volantes sean más costosos y
menos competitivos.
Comparando con diversas fuentes de energía, se
puede considerar que los sistemas FESS (Flywheel
Energy Storage System) tienen una vida útil pro-
longada, una alta densidad de energía y un rendi-
miento de potencia máximo. La eficiencia energé-
tica fácilmente puede superar un 90% (Tabla 9). La
baja densidad de energía viene a ser un limitante,
aunque las últimas investigaciones han demostra-
do que puede llegar a superarse esos inconvenien-
tes con nuevos materiales tales como nanotubo de
carbono y sílice fundida.
Tabla 9. Propiedades de los sistemas de energía [30].
SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA
Tipo
Eficiencia
Energética
(%)
Densidad de
Energía
(Wh/Kg)
Densidad de
Potencia
(W/Kg)
Ciclo de vida
(Ciclos)
Auto
Descarga
Pb-Ácido
70-80
20-35
25
200-2000
Baja
Ni-Cd
60-90
40-60
140-180
500-2000
Baja
Ni-MH
50-80
60-80
220
<3000
Alta
Li-Ion
70-85
100-200
360
500-2000
Media
Li-Polymer
70
200
250-1000
>1200
Media
NaS
70
120
120
2000
-
VRB
80
25
80-150
>16000
Despreciable
EDLC
95
<50
4000
>50000
Muy Alta
Pumped hydro
65-80
0.3
-
>20 años
Despreciable
CAES
40-50
10-30
-
>20 años
-
Volante (Ace-
ro)
95
5-30
1000
>20000
Muy Alta
Volante (Com-
puesto)
95
>50
5000
>20000
Muy Alta
Nota: VRB= Vanadium Redox Battery CAES= Compressed air energy storage EDLC= Electric double-layer
capacitors
4. Conclusiones
El sistema de volante de inercia no es una tecno-
logía nueva y su funcionamiento es relativamente
simple, y principalmente en los últimos años se
han logrado adaptar diseños para múltiples aplica-
ciones sencillas y avanzadas.
En los sistemas de transportación liviana (auto-
móviles), existen limitantes de densidad de ener-
gía por lo que se han considerado aplicaciones en
sistemas híbridos aprovechando la energía cinética
desperdiciada a través de frenos regenerativos. Los
sistemas actuales apuestan por elementos como
baterías, volante de inercia y transmisiones CVT.
En transportación pesada (Buses, camiones, tre-
nes, entre otros), existen avances significativos que
han dado lugar a la creación de nuevas tecnologías
aplicaciónes tales como el uso de los HTS con alta
capacidad de velocidad, amortiguación y descarga;
sistemas DDPM hidráulicos que son adaptables
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a siste
Gimb
lida d
mas que ocupan energías fósiles; sistemas
al cuyo propósito es reducir los costos de sa-
e volantes de inercia, entre otros.
[4]
F. Martínez, Diseño de un acumulador de
energía cinética para sistema Start&Stop,
2013.
Los nue
excelen
baja, l
ambien
tamin
vos sistemas utilizados en vehículos tienen
tes ventajas como pérdidas de fricción muy
arga vida útil, poco mantenimiento, costo
tal reducido, reducción de emisiones con-
antes, entre otros; y son adaptables a cual-
[5]
CIEMAT, «Kinetic energy storage based
on Flywheels: Basic concepts, state of the
art and analysis of applications,» Project
EERA, 2015.
quier
Los si
costos
ración
tos vie
tecnología de transporte.
stemas de alta velocidad y descarga son más
os, y algunos sistemas necesitan de refrige-
criogénica (HTS). La elevación de los cos-
ne dada por el tipo de materiales que ocupa
[6]
J. D. Sujit Kumar, «Appliaction and Use of
Flywheel in Engineering: Overview,» In-
ternational Journal of Advances in Science
Engineering and Technology, pp. 85-90,
2013.
el vola
ta por
de nue
un ob
empre
Actua
perco
temas
cienci
nte de inercia. La velocidad máxima se limi-
las propiedades del material. El desarrollo
vos materiales y la reducción de costos es
jetivo en el cual trabajan actualmente varias
sas dedicadas a la fabricación de volantes.
lmente la tecnología de fibra y cojinetes su-
nductores ha permitido el desarrollo de sis-
de almacenamiento de energía de alta efi-
a y alta densidad de energía.
[7]
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nergy ‘second generation’ high-speed
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com/en-GB/News--Media/Press-relea-
ses/News-releases1/2011/Breakthrou-
gh-in-Ricardo-Kinergy-second-genera-
tion-high-speed-flywheel-technology/.
Nuevo
puede
desde
[29] S
les pa
s estudios revelan que la tecnología de FESS
competir con los ultracondensadores tanto
el punto de vista del costo como de potencia.
e ha considerado investigar nuevos materia-
ra volantes como el nanotubo de carbono y
[8]
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tems. Renew Sustain Energy,» Renewable
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258, 2007.
comb
sultado
alta p
comp
inar con tecnologías HTS, dando como re-
sistemas con alta densidad energética y
otencia, tiempos de carga y descarga rápidos
arables con las mejores pilas de combustible
[9]
L. Masferrer, Análisis y Diseño de Volan-
tes de Inercia de Materiales Compuestos,
2005.
actual
un pun
nimie
locida
es, ciclos de vida superiores a 25 años y con
to importante que es el bajo costo y mante-
nto. Algunos de estos sistemas alcanzan ve-
des superiores a 500.000 RPM.
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71
ISSN electrónica 2697-3243
Revista INGENIO N.º 1 vol. 3 (2020)
El Proceso del Diseño Industrial como Herramienta de la Gestión
de la Empresa
The Process of Industrial Design as a Tool for Business Management
Arroyo F.1; Bravo. D.2
1
Universidad de Valladolid, Escuela de Ingenierías Industriales. Valladolid, España.
e-mail: flavio.arroyo@gmail.com
2
Universidad Politécnica de Valencia, Escuela Técnica Superior de Ingeniería del Diseño.
Camí de Vera. Valencia, España.
e-mail: delydis@gmail.com
Información del artículo
Recibido: abril 2020
Aceptado: mayo 2020
RESUMEN
El diseño industrial es una valiosa herramienta que las empresas pueden implementar a su favor, lamen-
tablemente pocas son las que están conscientes de que para el surgimiento de ellas, se debería desarrollar
innovación a través del diseño tanto para productos como servicios, mediante la difusión de las tecno-
logías, el acortamiento del ciclo de vida de los productos y las estrategias empresariales que refieren a
la necesidad de atender demandas, es decir, identificar oportunidades basados en modelos estratégicos
los mismos que refuercen la competitividad de las empresas, sin olvidar la importancia de la innovación
de productos, sistemas o servicios que manejen estrategias amigables con el medio ambiente, teniendo
en cuenta la implementación de la economía circular, lo que favorece a las empresas en sus finanzas.
Entonces la adaptación y modificación continua de sus productos a través de todos los medios men-
cionados anteriormente ayudarán a mantener su posición y obtener ventajas sobre sus competidores.
Palabras Clave: Diseño Industrial, Metodologías del Diseño Industrial, Gestión Estratégica, Innovación
Empresarial, Modelos de Gestión.
ABSTRACT
Industrial design is a valuable tool that companies can implement in their favour, unfortunately there
are few who are aware that for the emergence of them, innovation should be developed through de-
sign for both products and services, by disseminating the Technologies, shortening the life cycle of
products and business strategies that refer to the need to meet demands, that is, to identify oppor-
tunities based on strategic models that reinforce the competitiveness of companies, not forgetting
the importance of innovation Of products, systems or services that handle environmentally friendly
strategies, taking into account the implementation of the circular economy, which favors compa-
nies in their finances. Then the continuous adaptation and modification of your products through all
means mentioned above will help to maintain your position or gain advantages over your competitors.
Keywords:
Industrial Design, Industrial Design Methodologies, Strategic Management, Business Innova-
tion, Management Models
72
ISSN impresa 2588-0829
Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
1. Introducción
El éxito de una empresa sin duda se debe a múl-
tiples factores, que, al ser estructurados de forma
correcta, resultan en herramientas claves para el
renombre y posicionamiento de una entidad em-
presarial. Desde la década de los 70, estos factores
han ido cambiando la forma de determinar la com-
petitividad de las empresas. Consecuentemente el
Diseño Industrial no puede existir sin empresas o
industrias, las mismas que están vinculadas a un
mercado y usuarios objetivos. Muchas de las veces
las empresas omiten el diseño en sus actividades
debido al incremento de gastos estancándose en el
nulo desarrollo de patentes, competitividad míni-
ma, mercados pequeños sin posibilidades de ex-
pansión y daños al medio ambiente.
Las empresas se han enfocado en producir y ven-
der más barato y plasmar en sus productos cuali-
dades y atributos que les permitan competir, re-
duciendo costos de producción que resultan ser
una desventaja al compararlos con la competencia.
Aquí radica la importancia el diseño, ya que gra-
cias a su aporte se pueden generar productos y ser-
vicios que muestren un alto contenido simbólico
sin olvidar lo estético funcional, para responder a
las necesidades de los usuarios, además incremen-
ta el valor económico de los productos al enmar-
carlos en un contexto de calidad y buenos diseños.
Se define el diseño industrial como la actividad
que prevé y define los requisitos de los productos
y los proyecta tal y como se producirán posterior-
mente en serie [1]; es así como el diseño industrial
constituye un recurso indispensable para el éxito
de una empresa, repercutiendo directamente en la
optimización de los recursos de la misma y en el
éxito del producto en el mercado; sin embargo, su
importancia aun no es entendida por muchas em-
presas. Según el artículo de [2] “Importancia del
Diseño Industrial en la Gestión Estratégica de la
empresa”, se pone en manifiesto el valor que tiene
el diseño en la empresa. Actualmente, el aumento
de la competencia, globalización, mercados divi-
didos, propagación de tecnologías, acortamiento
del ciclo de vida de los productos y finalmente las
nuevas exigencias que presentan los consumido-
res, muestra el aporte del diseño en la resolución
de dichas necesidades, con el afán de mejorar la
productividad de la empresa y estrechar lazos con
los usuarios.
El diseño constituye un eje fundamental que per-
mite promover el desarrollo de nuevos productos,
funcionales y altamente eficientes, que satisfacen
las necesidades propias del mercado y muestran el
sello diferenciador que le otorga el valor agregado
a la producción, motivo por el que las empresas
que acogen al diseño como eje dentro de sus linea-
mientos, son capaces de diferenciarse, adaptarse e
innovar sus productos, lo que les otorga una ven-
taja competitiva que les mantiene posicionados en
el mercado.
El diseño participa en el posicionamiento estraté-
gico y en el proceso de construcción de una ventaja
competitiva [3]. El proceso de diseño es visto como
una representación mental de un modelo de ges-
tión que organiza de forma paralela la ingeniería y
la innovación [4]. Por tal motivo abarca múltiples
actividades, tales como investigación y desarrollo,
las mismas que además de tener un carácter for-
mal poseen un carácter creativo, que se mantienen
en constante cambio, a fin de satisfacer las necesi-
dades de los usuarios, sin olvidar la importancia de
la innovación al fin de conseguir mejores diseños,
reducción de costos y una calidad competente. Por
tal motivo, la empresa que aplica el diseño adquie-
re una ventaja ante otras permitiéndole un mejor
desempeño en el mundo globalizado.
En el presente artículo se definen los conceptos de
mayor relevancia para el diseño industrial y la re-
lación que este guarda con la gestión empresarial,
además se analizará la importancia del diseño in-
dustrial como un instrumento del desarrollo de la
gestión e innovación de las empresas.
2. Materiales y Método
2.1. Metodología
Este trabajo emplea una metodología basada en
la Investigación Científica y el Método Deductivo
Indirecto para la posterior deducción de conclu-
siones a presentarse en este documento, las me-
todologías propuestas serán empleadas con el fin
de identificar como el Diseño Industrial se integra
a la Gestión Estratégica de una empresa constitu-
yéndose como una herramienta. Para llegar a este
objetivo se ha empezado con una fase previa, don-
de mediante la revisión bibliográfica de temas es-
pecíficamente ordenados y vinculados al objetivo
principal, se emiten importantes conclusiones y se
73
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Revista INGENIO N.º 1 vol. 3 (2020)
plantea un posible modelo de gestión empresarial
a partir de uno ya existente encontrado en la in-
vestigación.
El método deductivo indirecto emplea silogismos
lógicos con lo que se compara premisas para ver
la relación de están con otra, así se menciona en el
documento [5].
Entre los elementos a investigar se resaltan: Me-
todologías del Diseño Industrial, Estratégica del
Diseño, Gestión Estratégica Empresarial, Modelos
de Estrategia Empresarial, Gestión Estratégica y
el perfeccionamiento empresarial y la Innovación
Empresarial, temas que están inmersos en el éxito
empresarial con la inserción del Diseño Industrial.
2.2.
Diseño Industrial: definición, historia y
conceptos
El Consejo Internacional de Diseño Industrial
(ICSID, International Council of Societies of Indus-
trial Design) define el diseño como una actividad
proyectual que se encarga de precisar las múltiples
cualidades de objetos, procesos, servicios y siste-
mas en completos ciclos vitales; es por ello que el
diseño es considerado como el eje central de la hu-
manización innovadora de tecnologías y el factor
crucial del intercambio económico y cultural. A
esta definición se le puede agregar que el diseño
industrial tiene como objetivo, resolver las com-
plejas relaciones entre la forma y la función de los
objetos capaces de ser producidos en serie, consi-
derando los potenciales beneficios de la comercia-
lización de estos objetos.
El diseño Industrial es una disciplina que se remon-
ta a la revolución industrial (1750), pero es a princi-
pios de siglo XX donde toma forma como profesión
y desde entonces se ha ido desarrollando paulati-
namente. En esta época surgieron escuelas de arte,
como, Arts and Crafts (artes y oficios) [6] y el Art
Nouveau (Arte Nuevo), que participaron en el desa-
rrollo del diseño de productos, con creaciones arte-
sanales con altos contenido artístico. Pero, en 1919,
la escuela de la Bauhaus (casa de construcción) [7],
fundada en Alemania, fue la que propuso en su filo-
sofa, la unión de la belleza y tradición de los oficios
y las artes con las nuevas tecnologías industriales,
en busca de que los productos, al ser más baratos
y creados a mayor velocidad, puedan llegar a todos
los estratos de la sociedad.
En los años sesenta el diseño industrial toma un
mayor impulso, antes de esta época la demanda
superaba ampliamente a la oferta de productos,
pero esto se superó rápidamente gracias a la re-
volución de los transportes y comunicaciones, los
cuales permitieron mayores intercambios comer-
ciales y la economía empezó a globalizarse, lo que
ocasionó una mayor competencia por el desarrollo
empresarial y económico, la cual se ha ido acre-
centando hasta la actualidad.
Por otra parte, es importante definir algunos con-
ceptos importantes asociados al diseño industrial:
Producto tangible: Es un conjunto de productos
que presentan atributos y características físicas
que denotan su calidad y estilo, dentro de ellos
también están presentes el envase, el embalaje y
la marca.
Proceso de producción: Es un conjunto de opera-
ciones a través de las que los factores se transfor-
man en productos que pueden ser bienes físicos o
servicios [8]. Estos procesos son los encargados de
dar valor a los conceptos de diseño propuestos y a
los materiales que se utilizarán en el producto.
Innovación: La Unesco (1977) indica que la inno-
vación involucra el empleo de los resultados de la
investigación fundamental y aplicada en la intro-
ducción de nuevas aplicaciones o en la mejora de
aplicaciones ya existentes.
Estrategia: H. Koontz en su libro, Estrategia con-
trol y operación (1991), menciona que, las estrate-
gias son el conjunto de acciones que llevan consi-
go responsabilidades, tareas y recursos para lograr
una misión. Es decir, el conjunto de objetivos, a
través de los que se busca cumplir con los propó-
sitos de una organización siguiendo un rumbo
previamente planificado. Por otro lado, el Diseño
estratégico, se encarga de analizar las capacidades
del diseño en el sector estratégico, proyectual y
operativo de la organización industrial, para gene-
rar esquemas de interdisciplinariedad y trabajo en
equipo, así como control sobre los procesos y en
general las acciones necesarias para llevar a cabo
las estrategias, a fin de facilitar el análisis y toma de
decisiones sobre los proyectos por implementar, el
control sobre las actividades y el tiempo necesa-
rio para cumplir con los deseos y demandas de los
usuarios [9].
74
ISSN impresa 2588-0829
Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
2.3. Metodologías del diseño industrial
Tradicionalmente la fabricación y el diseño estu-
vieron unidos en la creación de objetos, no obs-
tante, es a partir del auge industrial, donde la fi-
gura del diseñador toma gran importancia, nace
la necesidad de integrar al diseño una metodolo-
gía que sea capaz de describir al artefacto a dise-
ñar de acuerdo a los requerimientos demandados
por clientes y productores, y resolver problemas
complejos de diseño. Esto es corroborado por
[10] quienes sostienen que, el objetivo principal
del diseño industrial es satisfacer las necesidades
de los usuarios a través de la creación de produc-
tos y servicios. De esto se destaca que la principal
relación que resuelve el diseño industrial son los
aspectos entre el usuario y el producto antes que
las relaciones internas del producto, por lo tanto,
las actividades que incluyen los aspectos técnicos
están relacionadas con la ingeniería antes que con
el diseño.
Según [11], está metodología se basa en el estudio
de los principios, prácticas y procedimientos de
diseño en un sentido amplio, con el objetivo de es-
tablecer estructuras apropiadas para el proceso de
diseño, que incluyen procesos de análisis y síntesis
a fin de dar solución a problemas de diseño.
Los métodos del diseño históricamente pueden
clasificarse en métodos artesanales o intuitivos y
en métodos contemporáneos, donde los primeros
resultan insuficientes en muchos casos, dada la
gran complejidad que requieren un elevado núme-
ro de proyectos industriales. Los métodos contem-
poráneos son procedimientos elementales y con
una finalidad parcial que cumplen determinadas
misiones en el proceso de diseño [12].
Sin embargo, según Níquel Cross, existe otra cla-
sificación, según las etapas de diseño en las que se
interviene, mientras que para [13], los métodos del
diseño están clasificados desde la perspectiva del
cliente, del diseñador y de la comunidad.
Actualmente existe un sin número de métodos y
metodologías del diseño, las cuales encajan en las
clasificaciones anteriores, algunas pueden estar in-
mersas o requerir de otras metodologías para su
aplicación. Existen metodologías que desarrollan
el diseño en todas sus fases, desde la concepción
de la idea, hasta la disposición final del producto
diseñado. Mientras que algunas metodologías o
métodos se usan únicamente como herramientas
para el análisis de un factor específico del diseño.
Los métodos de interés en el presente artículo son
los siguientes:
Metodología para el desarrollo de productos
del INTI.
Metodología del ecodiseño.
QFD (Despliegue de la función de calidad).
Design Thinking.
Economía Circular.
A continuación, se definen los aspectos más im-
portantes de estás metodologías:
2.4. Metodología para el desarrollo de
productos del INTI
Esta metodología propuesta por el Instituto Nacio-
nal de Tecnología Industrial (INTI) de la Repúbli-
ca de Argentina, se enfoca en el desarrollo total de
un producto que sea capaz de ser producido in-
dustrialmente, en cada una de las etapas siguien-
tes: Definición estratégica, Diseño de concepto,
Diseño en detalle, Verificación y testeo, Produc-
ción, Mercado, y, Disposición final [14].
2.5. Metodología del Ecodiseño
El Ecodiseño se define como: Proceso de diseño
que considera los impactos medioambientales en
todas las etapas del proceso de diseño y desarrollo
de productos, para lograr productos que generen
el mínimo impacto medioambiental posible a lo
largo de todo su ciclo de vida.
Los pasos para seguir para el desarrollo de un pro-
yecto de ecodiseño varían de acuerdo a los actores,
pero en términos generales, el ecodiseño conlleva
los siguientes pasos:
Paso 1.- Organización del proyecto y selección del
producto
Paso 2.- La estrategia del Ecodiseño
Paso 3.- ¿Cómo mejorar el producto? Obtención
de ideas
Paso 4.- Concreción del producto: pliego de condi-
ciones y desarrollo Metodología de Ecodiseño
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Paso 5.- Desarrollo a detalle del concepto seleccio-
nado
Paso 6.- Plan de Acción a futuro en el producto y
en la empresa
Paso 7.- Comunicación exterior de un proyecto de
Ecodiseño.
2.6. QFD (Despliegue de la función de
calidad)
Es un sistema que busca focalizar el diseño de los
productos y servicios para dar respuesta a las ne-
cesidades de los clientes. Lo que implica traducir
la voz del cliente en requerimientos de diseño y
parámetros técnicos de producción, estos reque-
rimientos están analizados en función de las ca-
racterísticas de la competencia, los requerimientos
importantes de los clientes, la dificultad organiza-
cional de cada propuesta de mejora y las correla-
ciones existentes entre aquella propuesta. Además,
el QFD es una herramienta dinámica que permite
controlar los requerimientos de los clientes y eva-
luar los posibles cambios que puedan darse en el
tiempo.
2.7. Design Thinking
Su nombre lo indica, esta metodología se enfoca
en la solución de problemas, con ideas innova-
doras exclusivamente enfocadas en el diseño. La
aplicación de esta metodología genera grandes
beneficios para las organizaciones en el diseño de
soluciones, sobre todo en la comercialización. Es
una metodología centrada en las personas, en sus
necesidades y en la manera de satisfacer esas nece-
sidades de una manera que sea tecnológicamente
factible.
En general el “Design Thinking” empieza empati-
zando con las personas que están relacionadas con
el producto o servicio de interés, para definir el
problema en base a la información obtenida, el si-
guiente paso es idear soluciones que posteriormen-
te se convertirán en modelos, los cuales se pondrán
a prueba antes de su definitiva implementación.
2.8. Economía Circular
La economía circular es un modelo de gestión que
busca el desarrollo económico de las organizacio-
nes, basado en un enfoque ambiental y social, ade-
más, crea oportunidades de mejora o de nuevos
negocios.
Se inspira en los sistemas naturales y la forma en
que estos sistemas administran los flujos de ma-
teriales y energía. Los principios de la economía
circular son:
Desechos = Alimento: este principio identifica a
los desechos de un sistema o proceso como la en-
trada (alimento) para un nuevo sistema o proceso.
La diversidad crea resiliencia:
este principio hace
énfasis en la capacidad de los sistemas naturales de
ser fuertes mientras más elementos diferentes es-
tan relacionados con el sistema, es decir mientras
más elementos están inmersos activamente en los
sistemas o procesos, el sistema será menos propen-
so a tener fallas o a desaparecer.
Uso de energías renovables:
Aquí se intenta que la
energía necesaria para el funcionamiento del siste-
ma o proceso sea energía renovable la cual además
de generar beneficios ambientales, permita el aho-
rro de dinero para las organizaciones.
Pensar en sistemas: La economía circular trata
de pensar en el beneficio y desarrollo de todos los
elementos que están involucrados en los sistemas
(organizaciones, proveedores, personas, gobierno,
naturaleza, clientes, etc.), y en la importancia de
que el sistema funcione adecuadamente para un
modelo exitoso de negocios.
2.9. Alcance y áreas de aplicación del diseño in-
dustrial
Actualmente, el diseño industrial es conocido por
un mayor número de personas, sin embargo, su
noción se limita a breves rasgos de lo que impli-
ca esta actividad y los campos de desarrollo de un
diseñador industrial, lo que se debe a que ciertas
compañías diseñan, desarrollan y producen pro-
ductos propios, haciendo entrever que no se nece-
sita de esta actividad en la organización. El campo
laboral del diseñador industrial se ha ampliado,
permitiéndole relacionarse con el usuario por sus
nuevos diseños y creativas invenciones que tienen
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como objetivo principal la producción de manera
industrial.
El diseñador industrial encuentra su principal
campo de acción en la industria de la transforma-
ción y la maquila, además cuenta con un amplio
conocimiento de innovación y producción por lo
que puede desarrollarse en empresas públicas, pri-
vadas y organismos descentralizados o ejercer en
forma independiente mediante el lanzamiento de
cualquier tipo de producto, servicio o emprendi-
miento [15].
Un diseñador industrial tiene la capacidad de
transformar la materia prima en productos alta-
mente funcionales y estéticos, este puede usar to-
dos los recursos existentes a su favor con el fin de
satisfacer las necesidades de un público objetivo.
Además, tiene la capacidad de dirigir un grupo de
trabajo interdisciplinario que puede estar formado
por técnicos, ingenieros, diseñadores, psicólogos,
entre otros, que favorecen el desarrollo de produc-
tos capaces de satisfacer sus necesidades físicas, sí-
quicas, económicas y emocionales. Por otra parte,
el diseñador industrial tiene una amplia gama de
posibilidades para desarrollarse en el campo labo-
ral tales como [16]:
•
Planificación y desarrollo de productos
•
Participación en la investigación y testeo de
productos
•
Participación en la estandarización de líneas
de producción.
•
Evaluación de patentes y marcas
•
Colaboración en la vigorización de la pequeña
y mediana industria
•
Asesoría corporativa
•
Colaboración en la enseñanza teórico-prácti-
co del diseño
•
Rediseño de productos existentes
En conclusión, el diseño industrial es una rama de
diseño dedicada a la representación y creación de
productos, estéticos, funcionales y ergonómicos ap-
tos de ser producidos industrialmente, lo que da lu-
gar a condiciones y comportamientos a los que debe
adaptarse el diseñador y el tejido productivo a fin
de adelantarse a las nuevas exigencias del mercado.
2.10. Gestión del diseño
La Gestión del Diseño es una disciplina empresa-
rial que emplea la gestión de proyectos, el diseño,
la estrategia y las técnicas de la cadena de suminis-
tro para intervenir en el proceso creativo, apoyar la
cultura de creatividad y construir una estructura y
una organización para el diseño [17].
Es necesario hablar de la gestión del diseño al igual
que la gestión de cualquier otra actividad dentro
de la empresa ya que el producto es el centro de
funcionamiento de la empresa y es su razón de ser.
La gestión del diseño dentro de la empresa se debe
dar desde la concepción del diseño a fin de asignar
los recursos suficientes a las actividades que se tie-
nen programadas a lo largo del proceso creativo y
productivo.
El departamento de diseño mantiene una estrecha
relación entre los departamentos de marketing y
producción con la finalidad generar productos que
satisfagan las necesidades de los consumidores sin
olvidar los requisitos de costes y producción, como
se observa en la Figura 1. Una concepción de di-
seño ordenada asegura que un producto funcione
de la manera que fue pensada y al mismo tiempo
que el usuario lo interprete con el concepto que fue
creada.
Figura 1. Relación del diseño con el marketing y la
producción [1].
De igual manera, es importante conocer que un
buen diseño ocasionalmente significa mayores ga-
nancias para la empresa, ya que permite un precio
superior al dar una mayor percepción de calidad
al usuario. Además, la gestión del diseño le da
coherencia a la empresa, ya que, el diseño de pro-
ducto, diseño gráfico y diseño del entorno crean la
imagen de la empresa y los comunican a través del
producto, lo que ubica al diseño como eje funda-
mental dentro de la empresa.
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2.11. Gestión estratégica empresarial
La gestión estratégica empresarial tiene una es-
trecha relación con la administración tradicional,
pero toma más importancia a los siguientes ele-
mentos:
•
La visión de la organización
•
La actuación prospectiva de la organización
•
Organización y definición de la dirección de
la empresa
•
Enfoque hacia el talento humano de la empre-
sa considerado el pilar más valioso de la orga-
nización
•
Enfoque en las metas a largo plazo
Por otra parte, se basa en las cinco fuerzas com-
petitivas de la gestión empresarial: la amenaza de
nuevos entrantes, la amenaza de productos o ser-
vicios sustitutivos, el poder negociador de los pro-
veedores, el poder negociador de los compradores
y la rivalidad entre los competidores existentes,
tomando en cuenta que el diseño debe estar en lo
más alto de la estrategia de la empresa.
Estas fuerzas obedecen a cada sector de la indus-
tria que forma parte de su estructura, es por ello
que una empresa puede generar ventaja competi-
tiva al desarrollar características superiores a sus
competidores. Una de estas es la variación de su
mercado, otra es diferenciando sus costes, obte-
niendo una diferenciación visible por los consu-
midores. Razón por la cual las estrategias gené-
ricas serían: liderazgo en costes, diferenciación y
enfoque en un segmento.
2.12. Modelos de estrategia empresarial
La ventaja competitiva radica en ver a una empre-
sa como un todo, ya sea en el diseño, producción,
mercadotecnia, entrega y apoyo de sus productos.
En una serie de libros que se publicaron entre los
años 1980 y 1990, por el economista e ingeniero
eléctrico Michael Porter, reconocido por temas de
estrategias de empresas, menciona que las ventajas
competitivas vienen de actividades empresariales
internas, sugiriendo que los factores primordiales
que determinan la rentabilidad de un negocio [18]
y son:
•
Las cinco fuerzas que moldean la estructura de
una industria, las mismas que resultan crucia-
les desde un punto de vista de la formulación
estratégica, de esta manera siempre estará re-
lacionada la empresa con su medio ambien-
te. El objetivo que presenta es encontrar una
posición en el sector en donde crezca como
industria teniendo a su favor las fuerzas com-
petitivas, sin duda alguna la innovación es una
poderosa herramienta mediante la cual accede
a decisiones estratégicas [19].
•
Cadena de valor, sirve para evaluar el de posi-
cionamiento una empresa.
En la Figura 2, se muestra la cadena de valor.
Figura 2. Cadena de Valor [19].
La estrategia del mejor producto se sustenta en la
forma clásica de competencia que declara que hay
sólo dos formas de ganar: bajos costos o diferen-
ciación en diseño de un producto o servicio. El
problema es que la diferenciación es rara vez una
fuente de ventaja sostenible, dado que una vez que
la estrategia es revelada y se hace conocida, la tec-
nología a menudo permite una rápida imitación
que neutraliza la ventaja competitiva buscada [18]
[19].
La cadena de valor es interesante cuando se consi-
dera una filosofía holística del diseño. El valor del
diseño ha sido reconocido como factor importan-
te dentro de la práctica operaciones industriales y
desarrollo de productos. Por ello, se exponen mo-
delos de estrategias empresariales que ayudan con
esta problemática.
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2.13. El modelo Delta
Uno de los aspectos más destacados del “Delta
Model” deducido por Arnoldo C. Hax es que brin-
da asesoramiento sobre cómo elegir el posiciona-
miento estratégico de su negocio y brindarle las
herramientas analíticas de cómo alcanzarlo. Esta
es una característica que no está disponible en
cualquier otro modelo de negocio.
Sin embargo, como se comienza a crear una estra-
tegia basada en la comprensión de las necesidades
individuales de los clientes. Sin duda, el objetivo
estratégico fundamental es establecer una relación
con el cliente, es decir, atraer, satisfacer y conservar
al cliente [20], el modelo Delta ofrece tres opciones
diferentes para alcanzar ese objetivo que pueden
aplicarse de preferencia con un cliente a la vez:
•
En la opción de mejor producto, el cliente se
acerca por la superioridad de su oferta de pre-
cio - debido a su infraestructura de bajo costo
- o por algún otro aspecto relacionado con la
funcionalidad del producto, marca o aparien-
cia que lo diferencie de las ofertas de la com-
petencia.
•
En la opción de soluciones totales para el
cliente, el cliente se siente atraído, debido a
que la empresa le está ofreciendo algo más allá
del producto en sí, que implica transferir co-
nocimiento y servicios que satisfacen las nece-
sidades apremiantes que tiene el cliente.
•
En la opción captura del sistema, la empresa
ha alcanzado un dominio tan fuerte en el mer-
cado que el cliente no tiene mejor opción que
elegir dicho producto [20].
2.14. El Balanced Scorecard
Según Mario Vogel, “ el BSC ayuda a balancear de
una forma integrada y estratégica, el progreso ac-
tual y suministra la dirección futura de la empre-
sa, para ayudar a convertir la visión en acción por
medio de un conjunto coherente de indicadores,
agrupados en 4 diferentes perspectivas, a través de
las cuales se puede ver el negocio en su totalidad”
[19]. Este modelo se observa en la Figura 3.
Figura 3. Modelo Balanced Scorecard [19].
Es conveniente hacer notar, que el determinante
crítico para el éxito de una estrategia de innova-
ción es la integración organizacional con otros ele-
mentos externos.
2.15. Gestión estratégica y el perfeccionamien-
to empresarial
Consiste en el manejo del contexto de cambio, con
el objetivo de alcanzar una estrategia que permita
mejorar la efectividad a través de transformacio-
nes individuales, grupales y empresariales a fin de
aportar en el perfeccionamiento empresarial (Al-
hama, Francisco, & Rafael, 2001). El cambio orga-
nizacional exige cambio individual, y constituye la
manera más segura de llevar a cabo las transfor-
maciones organizacionales, no obstante, es la más
difícil y la menos empleada.
Tiene implicaciones directas para todos, desde la
preparación y la elaboración del diagnóstico, hasta
la instrumentación de la estrategia y la evaluación
del avance del proceso. En este sentido, es necesa-
rio plantear y definir las necesidades de cambios y
transformaciones para evitar repetir el mismo mo-
delo. El error y la reiteración del error debe condu-
cir al cambio y no a seguir en lo mismo y con los
mismos procedimientos.
El proceso de perfeccionamiento de una empre-
sa es ante todo un proceso originado y sostenido
desde dentro, en el cual el macro entorno como
sistema más amplio con sus variables económicas,
político legales, ambientales, socioculturales y tec-
nológicas, junto con las exigencias propias de su
sector de negocios deben jugar el rol de impulso-
res del cambio con regulaciones y especificaciones
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indispensables, pero no prescribir detalladamente
en términos funcionales los procedimientos, me-
dios ni enfoques para hacerlo. Cuando se procede
de esta forma, se está reemplazando al sujeto de la
transformación, quien queda como mero ejecutor
de un cambio diseñado desde fuera del sistema or-
ganizacional [21].
La empresa debe desarrollar capacidades pro-
pias de perfeccionamiento, siendo su subsistema
gerencial el encargado de explorar, diseñar e im-
plementar las vías para hacerlo, a fin de asegurar
su sostenibilidad interna y el cumplimiento de su
responsabilidad en las dimensiones económica,
sociopolítica y ambiental, bajo exigencias críticas
mínimas que el entorno ha de establecer.
2.16. Innovación empresarial
Al incrementar la importancia de la innovación
como impulsora de cambios económicos y socia-
les, se dedica cada vez más atención a su naturale-
za, el papel que desempeña y sus determinantes.
Además, la innovación es un concepto extenso
que comprende una amplia gama de actividades
y procesos tales como: mercados, actividades em-
presariales, redes y competencia, pero también las
habilidades y organizaciones, la creatividad y la
transferencia de conocimientos.
Por otra parte, existen tres canales que posibilitan
la innovación y el rendimiento de la productivi-
dad:
I.
La decisión de las empresas de invertir en la
innovación;
II.
El conocimiento de la función de la produc-
ción, en la que esta inversión, además de otros
insumos, produce la innovación;
III.
La función del rendimiento de la producción,
en la que la innovación, junto con otros insu-
mos, se relaciona con la productividad laboral.
Para una correcta creación y transferencia de co-
nocimiento e innovación es necesario disponer de
personal cualificado para ello. Por tanto, el capi-
tal humano será uno de los pilares básicos a con-
siderar. Por otro lado, aunque relacionado con lo
anterior, resulta relevante disponer de una cultura
innovadora adecuada que permita la absorción y
transferencia de la innovación, para lo que las TIC
constituyen una de las principales herramientas
[21] [22]. Además, el espíritu empresarial exis-
tente entre la población de un país determinará
la creación de empresas y por tanto la demografía
empresarial, que influye sobre el total de innova-
ciones realizadas.
En este punto resulta crucial el acceso de las em-
presas a la financiación, así como los beneficios
fiscales aplicados a éstas para fomentar la inno-
vación. Otros factores con influencia sobre la de-
mografía empresarial y por tanto sobre el nivel de
innovación de un país, son la existencia de merca-
dos competitivos y la flexibilidad de la economía y
administración de este. De igual manera, el grado
de cooperación intra-empresarial, intra-sectorial
y entre centros de generación de conocimiento y
empresas, propician una mayor transferencia y di-
fusión del conocimiento, que resulta vital para la
innovación al permitir el reparto de costes y ries-
gos. Por último, el sistema de innovación empresa-
rial debería adecuarse al desarrollo sostenible del
medio ambiente [23].
3. Resultados y Discusión
El diseño industrial constituye un instrumen-
to estratégico, en el sentido que proporciona que
los productos y servicios sean diferentes a través
del proceso de innovación en los productos de
una empresa. En el primer caso, el producto es
la actividad clave en una empresa industrial que
por medio del diseño de productos se planifica y
conceptualiza el mismo. En este proceso se dota
al producto del significado que va a tener para el
usuario o consumidor, incluyendo las funciones, el
uso, la forma y construcción.
Es importante mencionar que no todas las em-
presas visualizan estos beneficios, más bien, con-
sideran que el diseño industrial como estrategia
empresarial genera costos no productivos. Otros
factores que han promovido o causado esta situa-
ción de apatía de estas empresas son la falta de
conocimiento acerca del diseño industrial y todas
las contribuciones que vienen con ello, también el
desconocimiento acerca de las funciones por cada
una de las partes que están inmersas en el proceso
de diseño industrial; es decir, empresa y diseñador.
Una empresa al integrar el diseño industrial opti-
miza los recursos de esta, ya que, mejora los re-
cursos físicos de la organización; ejemplos claros
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son los productos y envases. Por otro lado, mejora
los aspectos de organización y procesos de traba-
jo; por ejemplo, en los edificios mediante el diseño
de interiores con un adecuado reparto de espacios
(Layout), inciden en la comodidad y buena comu-
nicación tanto de usuarios como trabajadores, y
evita los tiempos muertos, lo que finalmente po-
tencializa y eleva el valor de la marca; lo que incide
en la comunicación dentro y fuera de la empresa.
En la actualidad se evidencia que una empresa
integra el diseño industrial al fabricar productos
que no solo satisfacen las necesidades de los con-
sumidores, sino que también, se preocupan y pro-
mueven la calidad del medio ambiente y la soste-
nibilidad de los recursos, llegando a consolidarse
exitosos. Otros aspectos en donde se palpa la inte-
gración del diseño industrial en la empresa cons-
tituyen el valor de la producción, que permite por
una parte racionalizar el proceso productivo, y por
otra, contar con un análisis adecuado que reduce el
número de componentes, las fases del proceso de
producción y la división de operaciones producti-
vas, consiguiendo el máximo aprovechamiento de
la materia prima. Asimismo, al implementarse la
filosofía de economía circular, el diseño industrial,
tiene la capacidad de desarrollar nuevos productos
empleando tecnología existente y aprovechando
los recursos existentes a fin de optimizar la pro-
ducción en sus distintas etapas.
Es indispensable mencionar que el diseño indus-
trial facilita el comercio de productos, al optimi-
zar y diferencir la información de la empresa y del
producto; otro ejemplo que permite evidenciar la
integración del diseño industrial con la gestión
estratégica empresarial es el Modelo de Lean Ma-
nufacturing, que aumenta la calidad y los valores
formales de los productos, gracias al valor agrega-
do con el que se logra cada producto para diferen-
ciarse de la competencia, al presentar ventajas fun-
cionales, estéticas y culturales que de una u otra
manera generan preferencias en los usuarios.
En el contexto de la empresa, el diseño industrial
es una herramienta de gestión enfocada en aumen-
tar la competitividad a través de la inserción de
productos nuevos e innovadores, que además de
satisfacer las necesidades detectadas en los consu-
midores, establece la diferencia con una adecuada
imagen que responde a las cualidades y caracterís-
ticas implícitas en la marca y producto que se ofre-
ce en el mercado. Para evidenciar esta conexión, se
muestra el triángulo estratégico entre la empresa,
producto, mercado y diseño industrial, que cons-
tituye un instrumento de gestión idóneo, a través
de su actuación en el producto y la empresa, para
posteriormente interconectar sus relaciones con
un mercado determinado posibilitando el mayor
grado de competitividad de la empresa.
En la Figura 4, se nuestra la relación empresa, mer-
cado, producto que permite la competitividad en
una empresa.
Figura 4. El diseño industrial actúa sobre la relación
Empresa – producto – mercado potencializando la
competitividad de la empresa [1].
La importancia de la incorporación del diseño
en la empresa se ha hecho evidente a partir de los
años cincuenta, cuando se ha visto la necesidad de
estimular la venta a través de la manipulación del
mercado por medio de la diferenciación del pro-
ducto y la publicidad, aspectos que influyen en la
decisión de compra, sin importar el tamaño de la
empresa (Lecuona, 2006). A partir de ello, cate-
dráticos, profesionales y empresarios en Europa
y Estados Unidos, han indagado en el término y
han buscado dar una adecuada integración a los
procesos de diseño dentro de la organización. Sin
embargo, esta disciplina toma protagonismo en
los años noventa, cuando las empresas incorporan
al diseño como factor estratégico, que permite in-
volucrar las capacidades proyectuales y creativas,
como recurso de innovación y competitividad
(Manrique López, 2016). La Tabla 1 resume las
múltiples ventajas que proporcionan cada una de
las metodologías estudiadas, ya que se convierten
en herramientas de gestión estratégica en las em-
presas, que ayudan a conseguir resultados para co-
locarlas en un nivel más competitivo.
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Tabla 1: Ventajas de las metodologías estudiadas [9].
Metodología
Ventajas
INTI
•
Brinda soluciones concretas para los problemas que sur-
gen en el diseño y desarrollo completo de productos.
•
Brinda información para cada una de las fases del pro-
ceso de diseño.
Ecodiseño
•
-Genera productos con el mínimo impacto medioam-
biental en todo su ciclo de vida, para lo cual requiere un
análisis del impacto ambiental del producto con el fin de
identificar los procesos, componentes, materiales, etc.
que resultan críticos. Implica un plan de acción a futuro
en el producto y en la empresa.
QFD
•
Se focaliza en dar soluciones a las necesidades de los
clientes mediante el diseño de productos y servicios, con
una previa traducción de la voz del cliente en requeri-
mientos de diseño y parámetros técnicos.
Design Thinking
•
Brinda soluciones innovadoras orientadas en el diseño
a problemas y necesidades de las personas que son parte
fundamental.
Economía Circular
•
Desarrollo económico basado en lo ambiental y social,
aparte de generar nuevas oportunidades de mejora.
•
Máxima reutilización de productos y materias primas
con una prolongación en la vida útil de los productos
además de la optimización en el uso de los recursos.
Dichas metodologías permiten definir los proble-
mas y necesidades de los clientes (que constitu-
yen parte fundamental de la investigación), para
posteriormente convertirlos en oportunidades
que ayudan a encontrar soluciones innovadoras y
creativas, traducidas en productos y servicios ofer-
tados por las empresas. En tanto que, al hablar de
ecodiseño y economía circular, además de satisfa-
cer las necesidades, su objetivo radica en el factor
ambiental, ya que buscan minimizar el impacto
medioambiental y optimizar los recursos, que sin
duda favorecen a las empresas que buscan un me-
jor desarrollo económico con un mínimo empleo
de recursos y perjuicios medioambientales.
Cabe mencionar que la Gestión del Ciclo de Vida
de los Productos (Product Management Lifecycle)
al aplicarse de forma correcta genera beneficios de
sostenibilidad dentro de la economía circular [24];
al emplear esta metodología se obtienen mejores
resultados que al aplicar los Sistemas de Servicios
de Productos (PSS) como estrategia de los nego-
cios que estan encaminados hacia una economía
cirular. Cabe mencionar que este artículo eviden-
cia que se obtiene una eficacia en los recursos y
ahorro de costo a través de prácticas donde se
aplique el ciclo de vida, incluyendo temas de eco-
nomía circular desde el inicio de la vida de la ofer-
ta de PSS,de esta manera se mejora el desempeño
ambiental y económico de un ente empresarial.
Se ha empleado el Modelo Estratégico Delta, rea-
lizando ajustes adecuados para mejorar las venta-
jas competitivas de una empresa en relación con
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otras. En la Figura 5, se observa el modelo plan-
teado con todos los aspectos considerados con el
fin de aumentar la competitividad que es clave en
una empresa.
Figura 5. Modelo Delta de estrategia empresarial
4. Conclusiones
La integración del diseño industrial como gestión
estratégica de las empresas constituye un modelo
de cómo competirá la empresa, sus objetivos y las
políticas necesarias para alcanzar sus objetivos a
largo plazo. En fin, genera una rentabilidad a nivel
económico con la optimización de recursos y pro-
cesos; además de la rentabilidad social promovien-
do el cuidado ambiental a través de su ética empre-
sarial, acompañada de la calidad de servicios con
una buena atención y comunicación.
Las opciones estratégicas y competencias hacen
que el modelo Delta sea una herramienta útil para
que guíe su pensamiento estratégico. Es decir: la
segmentación con el cliente y proposición de valor
para el cliente y las competencias existentes y de-
seadas de una entidad empresarial.
El diseño no es sólo una herramienta que puede
utilizarse para diferenciar productos y generar una
visión prospectiva del sector empresarial. El dise-
ño es también una función dentro de la estructura
de la empresa que modifica los procesos y la ges-
tión de la innovación. Al vincular el diseño con
la ventaja competitiva, proporciona un modelo
exploratorio que se puede utilizar de una manera
prescriptiva. Cada gerente será capaz de localizar
su estrategia de gestión:
•
Diseño como posicionamiento diferenciador
•
Diseño como posicionamiento coordinador
•
Diseño como posicionamiento transformador
Por lo tanto, cada empresa puede optar por dar un
valor estratégico al diseño y utilizar las variables
identificadas en el estudio para hacer efectivo este
proceso en su sistema de evaluación y desempeño.
En función de los objetivos y metas de cada una de
las empresas, se elige la metodología más adecua-
da con la finalidad de generar un distintivo que les
permita posicionarse en el mercado. No obstante,
la decisión no se limita solo a una de ellas, ya que
puede conjugarse más de una, para generar venta-
jas competitivas dentro de la organización.
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ISSN impresa 2588-0829
Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
Diseño Industrial en el Ecuador: Importancia, Historia y
Oportunidades
Industrial Design in Ecuador: Importance, History and Opportunities
Guanoluisa R.
1
; Bravo. D.
2
1 Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería Ciencias Físicas y Matemática. Quito, Ecuador
e-mail: rjguanoluisa@uce.edu.ec
2
Universidad Politécnica de Valencia, Escuela Técnica Superior de Ingeniería del Diseño.
Camí de Vera. Valencia, España.
e-mail: delydis@gmail.com
Información del artículo
Recibido: febrero 2020
Aceptado: marzo 2020
RESUMEN
El presente artículo reseña y estructura el inicio del Diseño Industrial en el Ecuador, presentando una
evolución del mismo dentro de los ejes académicos, industriales y económicos. Exhortando a los distin-
tos agentes del Diseño Industrial para la generación de delimitantes históricas y objetivas. En el desa-
rrollo de este artículo, se denotará la importancia de la incorporación de las competencias del Diseño
Industrial dentro de los factores productivos, de desarrollo de innovación y valor agregado dentro del
mercado ecuatoriano.
Palabras clave: Diseño Industrial, Historia, Factores Productivos, Competencias.
ABSTRACT
The present paper reviews and structure the beginning of Industrial Design in Ecuador, presenting its
evolution involving academic, industrial and economic axes. Exhorting to the different agents of In-
dustrial Design to generate a historic and objective delimitation. In the development of this paper, the
denotation of the importance of the incorporation of the competences of Industrial Design within the
productive factors, the development of the innovation, and the added value in the Ecuador market are
been pointed out.
Keywords: Industrial Design, History, Productive Factors, Competencies.
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1. Introducción
La concepción y creación de objetos se remonta a
la aparición del ser humano, como método para
la supervivencia, según el contexto específico en el
que se ha desarrollado. El ser humano ha sido ca-
paz de crear herramientas e utilitarios adecuadas
que faciliten su adaptación al medio. Esta concep-
ción bajo necesidades y contexto específicos repre-
sentan la actividad de diseño.
“El origen del concepto de Diseño Industrial, viene
con la Revolución Industrial que tuvo lugar en In-
glaterra a mediados del S.XVIII” [1]. La revolución
industrial permitió la incorporación de maquina-
ria en el proceso de manufactura de productos.
“Previamente a esta revolución, el diseño y la pro-
ducción estaban centrados en el artesano, quien
creaba desde el principio hasta el fin el producto”
[2]. Aunque la conceptualización del termino di-
seño industrial es presentado tras la revolución in-
dustrial. “ La disciplina como tal nace a finales del
S.XIX con el movimiento británico Arts and Crafts
que en realidad cuestionaba y criticaba la fabrica-
ción industrializada y la pobreza de la producción
de esos objetos cotidianos de la sociedad” [1]. A
los esfuerzos del movimiento Arts and Crafts se
suman la conceptualización de la disciplina me-
diante la escuela de arquitectura y diseño alemana
Bauhaus a la que se le otorgan objetivos de “su-
primir las barreras entre el arte, la artesanía y la
industria y poner en común estas actividades al
servicio de la construcción del futuro; educar por
el arte, la acción y el trabajo; hacer del trabajo una
herramienta para adquirir y cultivar conocimien-
tos tanto intelectuales como emocionales [3]”.
En Latinoamérica, “es posible percatarse de que ha
sido una disciplina importada, ya que los primeros
profesionales vinieron de Europa. Estas personas
trajeron un quehacer fuertemente influenciado
por la experiencia Bauhaus, la cual intentaron
aplicar a nuestro proceso de industrialización tan
peculiar. [4]”
Pero tanto la historia del diseño como específica-
mente el diseño industrial en Latinoamérica pre-
sentan carencias de una estructuración especifica
e objetiva. “Se han comenzado a publicar historias
locales con sólida y abundante documentación
primaria (principalmente en Brasil, Chile y Méxi-
co)” [5].
Dentro del desarrollo ecuatoriano de esta activi-
dad, la falta de delimitación y acciones específicas
dentro de la disciplina generan una interacción
errónea dentro del entendimiento de las activida-
des del diseño industrial en sus campos de acción.
La generación errónea del entendimiento y reco-
nocimiento del diseño industrial frena el desarro-
llo del mismo. A el diseño industrial se le atribuye
el embellecimiento de objetos. Es decir, la pre-con-
cepción del diseñador industrial es la de mejorar
las atribuciones superficiales de los objetos sin
considerar su desarrollo proyectual. Lo que difiere
de la concepción de la disciplina “Esta nueva acti-
vidad profesional el Diseño Industrial, si bien está
enmarcada por la estética, no pertenece al campo
del arte, sino de la tecnología, su actividad no con-
siste (como sucedía antes) en embellecer los pro-
ductos agregándoles ornamentos que nada tienen
que ver con su funcionalidad [3]”.
Por lo cual, la presente investigación busca mitigar
el desconocimiento abordando estos nexos bajo
tres ámbitos específicos.
Investigar y establecer conceptos claros del Diseño
Industrial y sus campos de acción en el ejercicio
profesional.
La historia del diseño industrial ecuatoriano desde
la perspectiva académica, política e industria; así,
como sus mayores exponentes dentro de las em-
presas público/privadas.
Análisis del posible impacto económico del nexo
entre Diseño Industrial y el desarrollo productivo
ecuatoriano.
Estos ejes investigativos tienen la intención de di-
lucidar en los profesionales del Diseño Industrial
tanto como en las empresas su posición frente a los
retos de ideación, innovación y producción.
2. Metodología
Basados en el propósito central de la investigación
de proporcionar un levantamiento histórico del
Diseño Industrial en el Ecuador. El desarrollo de
la presente investigación es de carácter cualitati-
va debido a su proceso inductivo , interpretativo
e iterativo y recurrente persiguiendo los objetivos
de presentar una visión detallada de la historia del
D.I. en el Ecuador ayudando a comprender las cir-
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Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
cunstancias específicas de la disciplina en relación
a su entorno [6].
Para el inicio de la investigación se realizó una re-
visión literaria de fuentes primarias y secundarias,
para determinar el hilo cronológico a seguir.
Sujetos: Dentro de la investigación los sujetos
son los agentes participes de los ejes principales
de la investigación dentro de la academia se de-
terminó Universidades e Institutos de formación
profesional que han determinado la formaliza-
ción del diseño industrial en orden cronológico
y la influencias por las cuales fueron creadas, In-
dustrias que involucraron o involucran planes de
diseño industrial dentro del desarrollo producti-
vo de sí mismas y Principales exponentes del di-
seño industrial que han fomentado la creación de
nuevos productos dentro de las fibras nacionales
e internacionales de diseño.
Técnicas e Instrumento: El desarrollo de la in-
vestigación es una recolección y levantamiento
de información mediante técnicas de observa-
ción, entrevistas, inmersión en el ambiente y aná-
lisis de datos.
Es así, que la investigación establecerá un primer
acercamiento de los hechos que han permitido
un crecimiento del diseño industrial tanto como
los eventos que presentaron un retraso del creci-
miento de la disciplina dentro del contexto terri-
torial ecuatoriano.
2.1. Definición de Diseño Industrial
El diseño Industrial de acuerdo a la definición de
la Organización Mundial del diseño (WDO, por
sus siglas en inglés):
“Un proceso estratégico de resolución de proble-
mas que impulsa la innovación, desarrolla el éxito
comercial y conduce a una mejor calidad de vida
a través de productos, sistemas, servicios y expe-
riencias innovadoras.” [7].
Este concepto reúne de manera acertada la manera
de actuar del diseño industrial delimitando su am-
plio campo de acción.
Tomás Maldonado (1977) señalaba que “el diseño
industrial es una actividad proyectual que consiste
en determinar las prioridades formales de los ob-
jetos producidos industrialmente” [8].
Este concepto establecido por Tomas Maldonado
discierne las conjeturas del diseño y su aplicación
como uso ornamental y sin valor, evidenciando la
amplitud del diseño industrial en un contexto de
creación proyectual y adaptación a la Industria.
Insertando las definiciones del diseño industrial se
debe desarrollar una profundización de las activi-
dades que se le atribuyen al diseñador industrial.
“El Diseñador Industrial, al realizar el diseño, par-
te del análisis:
•
De los requerimientos y las exigencias socia-
les y económicas;
•
De la función y de lo que debe expresar la
forma del producto;
•
Del hombre como usuario;
•
De los materiales más idóneos;
•
De las técnicas constructivas más razonables;
etc.” [3].
2.2.
Campos de acción del Diseño Industrial
De acuerdo a la definición y a la naturaleza del
diseño industrial sus posibilidades son amplias
debido a la interdisciplinaridad. Para ejempli-
ficar la amplitud de los campos de acción se
toma como referencia el de Diseño Industrial
de Rodríguez (2000), alineados en la Tabla 1
Campos de acción que abarca la profesión de
Diseño Industrial donde se evidencian algunos
de los campos donde se desenvuelve el diseña-
dor industrial.
87
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Tabla 1. Campos de acción que abarca la profesión de Diseño Industrial [9].
Campos de acción que abarca la profesión de Diseño Industrial.
Vivienda, participando en el diseño de:
•
Elementos prefabricados para la construcción.
•
Mobiliario en general
•
Línea blanca
•
Aparatos electrodomésticos
•
Sistemas de alumbrado, calefacción, refrigera-
ción, cocción y Sanitarios
•
Elementos para la recreación (juguetes).
Servicios públicos participando en el di-
seño de :
•
Mobiliario urbano
•
Equipos de limpieza Dispositivos para el mejora-
miento ambiental.
•
Elementos para la recreación y esparcimiento
Sistemas de rescate y auxilio.
•
Medios de transporte Sistemas masivos de co-
municación Sistemas de inhumaciones.
Educación participando en el diseño de:
•
Material didáctico
•
Mobiliario
•
Instrumental para laboratorios y talleres.
•
Elementos prefabricados para la construcción de
instituciones para la enseñanza.
Energía, participando en el diseño de:
•
Dispositivos de captación. (solares, eólicos).
•
Dispositivos de extracción (petróleo).
•
Dispositivos de transformación Instalaciones en
general.
Salud, participando en el diseño de: Ins-
trumental médico, Equipo médico.
•
Instrumental médico.
•
Equipo médico.
•
Mobiliario médico, Medios de transporte, Enva-
se empaque y almacenamiento
•
Aparatos de rehabilitación.
88
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Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
Campos de acción que abarca la profesión de Diseño Industrial.
Alimentación (agricultura, ganadería.
pesca’) participando en el diseño de:
•
Utensilios, herramientas y máquinas para las dis-
tintas faenas laborales.
•
Sistemas de almacenamiento y conservación
(Envase. empaque y embalaje).
•
Medios de transportación.
•
Sistemas de riego.
Industrias (de procesamiento de alimen-
tos y elaboración de Bebidas; tabacale-
ras; textiles, del vestido y del cuero; de
la madera y sus Productos; del Papel y
sus productos; impresoras y editoriales;
químicas, petroquímicas y carboneras;
metalúrgicas básicas y sus productos, de
maquinaria y equipo), participando en
el diseño de:
•
Sistemas de protección
•
Utensilios, herramientas, máquinas y autómatas
•
Envase, empaque, embalaje
•
Medios de transportación
•
Sistemas de almacenamiento y conservación
Industria automotriz, participando en el
diseño de:
•
Vestiduras e interiores Carrocerías
Explotación forestal, participando en el
diseño de:
•
Utensilios, herramientas y máquinas.
•
Sistemas de transformación o maquinado
•
Medios de transportación.
2.3.
Primeras huellas del Diseño Industrial en el
Ecuador
En Ecuador, el inicio del diseño industrial es di-
fuso y poco delimitado, las aproximaciones que
se han generado sobre su historia involucran a
las distintas aristas del diseño, las artes y oficios.
Por lo cual, la primera aproximación surge con el
Panama Hat, un sombrero a base de paja toquilla
planta endémica ecuatoriana con nombre cien-
tífico “carludovica palmata”, el producto toma su
nombre debido a que:
“Desde Panamá el sombrero se interna-
cionalizó y la gente empezó a denominar-
lo ‘Panama Hat’, sin saber que el sombrero
era realmente ecuatoriano” [10]
Kleyder Pachay, presidente de la Unión de Tejedo-
res de Sombrero de Paja Toquilla de Montecristi,
quien sostiene que se remonta a la visita del en-
tonces presidente de EE.UU. Theodore Roosevelt
a Panamá, cuando fue a supervisar la obra del ca-
nal, en 1906 “Las autoridades optaron por regalar
un sombrero a todos los invitados de este magno
evento” [11]
De acuerdo a el Ministerio del Turismo Ecuato-
riano el origen data de 1630 entre la combinación
de esta materia prima y basado en los modelos de
sombrero español. Tomando una fuerza productiva
en 1854 donde la exportación de sombreros de paja
toquilla superó al cacao; hacia 1863 se exportó des-
de el Puerto de Guayaquil 500.000 sombreros [12].
Aunque la producción de este sombrero es manual,
su diseño y producción es considerada como el ini-
cio de diseño de productos en el Ecuador.
89
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Revista INGENIO N.º 1 vol. 3 (2020)
desarrolla ATU es bajo un auge de explotación de
campos petroleros. Para resolver la gran demanda
de equipamiento de oficinas debido a la migración
de la población de pueblos a las ciudades luego de
la bonanza económica que las explotaciones petro-
leras proporcionaron. [5].
“ATU es una empresa emblemática ecuatoriana
que, desde su fundación, se convierte en líder en
el segmento de mobiliario de oficina y modulares
por su diseño y calidad reconocida en el mercado
nacional e internacional. Su capacidad instalada
de fábrica en el Ecuador, le permite una produc-
ción flexible, eficiente y de gran volumen, otorgan-
do una garantía inigualable en el mercado” [15].
Los Hitos de la empresa recopilados por el Grupo
Ekos se presentan en las siguientes imágenes:
Figura 1. Retrato de Roosevelt de 1903, tres años antes
de su viaje a Panamá [13].
Figura 2. Artesanos tejiendo sombreros de paja
toquilla [14].
Se considera como una antesala hacia el desarrollo
del diseño industrial, debido a sus características
de producción en masa, proceso específico y con-
trolado y al desarrollo de modelos y de patrones.
Un gran referente del diseño de mobiliario dentro
del territorio ecuatoriano es la empresa Artículos
de Acero, S.A. (ATU). “Fundada en 1940 por Hans
Rothschild como, The Rothschild Metal Works con
la fabricación de recipientes de acero para lácteos,
en 1944, ATU se especializa en muebles de oficina
a nivel nacional y comienza a exportar en el año
de 1992” [15]. El contexto histórico en el que se
Figura 3 Hitos de la marca ATU [15].
Figura 4. Hitos de la empresa ATU (2) [15].
90
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Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
Aunque ATU poseía una gran parte del mercado
de mobiliario de oficinas y era considerada como
una de las empresas más estables en términos
económicos. El 26 de enero de 2018 mediante un
cartel en su puerta de ingreso anunciaba su quie-
bra [12]. Posteriormente, el 14 de marzo de 2019,
ATU fue declarada en disolución por la Superin-
tendencia de Compañías [13]. Después del cierre
definitivo de ATU su presencia dentro de la web
y archivos son de difícil acceso por lo cual este ar-
ticulo presenta solo algunas de las obras de ATU
recopilados de catálogos y entrevistas. A pesar, de
su gran importancia y transcendencia dentro del
diseño industrial ecuatoriano.
Escritorios Ejecutivos Chieti
La concepción Chieti combina diferentes mate-
riales en su estructura y tableros de madera en
contrastes sobrios y sutiles. Chieti es un elemento
decorativo que llega a ser una atractiva tipología
mobiliaria, sencilla y elegante [18].
Figura 5. Escritorios Ejecutivos Chieti [18].
Salas de Espera y Lounges Tandem
Una gran apuesta en el equipamiento de espacios
en áreas de espera, inspiradas en formas curvas
y estudios de diseño ergonómico para mejorar el
confort de los usuarios [18]
Figura 6. Salas de Espera y lounges Tandem [19].
Archivación Cabinet
Elementos de archivo - almacenaje que se adaptan a
cualquier configuración del espacio, ofreciendo sis-
temas para diferentes formas de archivar y guardar.
Figura 7. Archivación Cabinet [20].
Figura 8. Counter de Showroom ATU [21].
El desarrollo de productos industriales continúa
en el Ecuador con Pica Plásticos Industriales C.A
quienes inicia sus actividades el 1 de septiembre de
1961, en la ciudad de Guayaquil. Dos máquinas in-
yectoras y seis obreros, elaboraron el primer pro-
ducto una “Cubeta de Hielo”. En 1965 Se produce
el crecimiento más agresivo de la compañía, PICA
consolida la primera gran industria de calzado de
PVC en el país, con sus botas 7 VIDAS y su marca
de calzado KIT [22].
Estos productos enfocados en la realidad con-
textual del ecuador de la época promulgaron el
entendimiento de las necesidades de un pueblo
mayoritariamente agrícola y obrero. Las botas “7
vidas” cuyo nombre nace de la analogía que hizo
un cliente cuando se le solicitó prueba de produc-
to antes de su lanzamiento, quien, en alusión a la
creencia sobre la casi inmortalidad de los gatos,
91
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calificó así a la bota PICA y su marca de calzado
KIT calzado escolar, deportivo y casual, que com-
bina lona y suela de PVC, garantizando así una
mayor durabilidad y resistencia a los usuarios, a la
vez que permite el desarrollo de diseños variados y
novedosos [23]. Luego en 1975, PICA apuesta por
una nueva línea de negocio, dentro de la categoría
de juguetes se fabrican los primeros Ciccio Bellos.
En 1986 PICA se ratifica como líder en el mercado,
esta vez con Bora Bora en la categoría sandalias,
en donde su modelo insignia es hasta hoy el pro-
ducto de mayor venta nacional “Beach Multi” [22].
Estos productos de dos campos distintos como la
juguetería y el calzado calaron dentro de la per-
cepción del consumidor ecuatoriano, creando un
conocimiento intrínseco de la marca dentro del
consumidor a partir de estos productos. Para 1999
con una trayectoria de varios años en Juguetes,
PICA lanza hacia finales de la década una mu-
ñeca que ganó la preferencia del consumidor in-
mediatamente: Travelina, quien es hoy la muñeca
con mayor venta histórica en él [22]. El desarrollo
de esta muñeca, aporto al desarrollo como marca,
siendo al uno de los referentes de una generación.
Figura 9. Cubeta de Hielos [22].
Figura 10. Botas PVC (7 vidas) [22].
Figura 11. Coci Bello. [22].
Figura 12. Zapatillas “Beach Multi” [22].
Figura 13. Muñeca travelina [22]
92
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Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
La empresa Varma Carrocerías (1964) de acuer-
do a su página oficial realizó el furgón de Molinos
Poultier, como primer trabajo, dicha carrocería so-
portó carga por un espacio de tiempo de 30 años y
desde enero de 1970 con una producción de hasta
30 carrocerías al mes [24]. El desarrollo de carro-
cería comenzó a fortalecer el desarrollo industrial
dentro del Ecuador. Varma bajo el eslogan ‘A la
vanguardia de las carrocerías’ la inversión, el di-
seño y la capacitación de la mano de obra son los
sinónimos de calidad y los pilares de esta industria
carrocera [25]. Aunque el desarrollo dentro del di-
seño de transportes y automóviles en Ecuador no
presentan un factor de diferenciación adecuado.
Varma ha logrado generar el involucramiento del
diseño dentro del desarrollo de carrocerías. En la
misma revista se da énfasis a el último de sus di-
seños el VM6. Denotando que el diseño aerodiná-
mico y el confort permitieron competir con otras
firmas carroceras en el mercado. En la actualidad
es uno de diseños con más acogida por los trans-
portistas de Loja, Guayaquil, Cuenca y otras ciu-
dades [25].
En 1972 la época del “boom petrolero” y bajo el
gobierno el Gral. Guillermo Rodríguez Lara, en
Ecuador, comienza con la fabricación de esta ca-
mioneta llamada Aymesa Andino o como era po-
pularmente conocido Andino [26] .
El Andino apareció como un proyecto de Aymesa,
bajo el diseño de Carlos Almeida, quien entonces
trabajaba como asistente del departamento de in-
geniería de dicha compañía. Se trató de una ca-
mioneta simple, con plataforma Bedford y motor
Vauxhall de 1.4 litros [27].
El desarrollo de este producto no gozo de una
aceptación adecuada dentro del mercado ecuato-
riano sobre todo por la competencia generada por
los automóviles extranjeros.
De acuerdo a los datos históricos presentados
por Salazar, la empresa Aymesa presento dos di-
seños del auto andino: El primero era uno tipo
jeep, con motor 1.2 litros y opciones de puertas
de vinilo y puertas de metal con ventanas co-
rredizas. Mientras que el segundo modelo era
el conocido 1.4 litros con mejores acabados y
opción pick up [27]. Este automóvil es el mayor
intento del cambio de un Ecuador ensambla-
dor a un país que involucra el diseño y la in-
geniería para la creación de autos adaptados a
las necesidades locales. En 2017, bajo el nombre
de ‘Andino Bacán’. Boris Mantilla, un diseñador
industrial ecuatoriano especializado en Milán,
propuso como tema de taller para Cromía un
encuentro internacional de Diseño que se cele-
bra en el Ecuador desde el año 2013 [28] el dise-
ño del ‘Nuevo Andino’’. Para el diario El telégra-
fo Mantilla manifestó que considera que si hay
un sobreviviente del Andino es la tricimoto. “Es
lo más parecido a un Andino. Es artesanal, no
requiere de mucha tecnología, tiene elementos
de fuerza, pero así mismo es de baja seguridad,
muy peligroso, aunque los costos compensan
esos defectos que lo trasladan solo a la periferia”
[29]. A pesar de esta iniciativa en la actualidad,
no se registran datos que puedan afirmar que el
re diseño de este modelo este cerca de salir al
mercado ecuatoriano.
Figura 14. Auto Andino Modelo 1. [27].
Figura 15 Auto andino modelo 2 [30].
Durante el mismo año de la creación del auto
andino se funda Indurama en Cuenca (1972) co-
menzando con el ensamble de refrigeradores para
luego dedicarse dedicándose a la fabricación de
cocinetas de mesa, ollas enlozadas, calderos in-
dustriales y bicicletas. En 1982 Indurama inicia la
93
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producción en línea de cocinas y refrigeradores. Se
establecen dos ejes para la fabricación de los pro-
ductos: el diseño y la calidad. Entre 1997 a 2013 la
empresa diseñó y produjo las líneas: Arian (1997),
Viva (1998), Spazio (2000), Croma (2003), Avant
(2006) y Quarzo (2010) [31].
Una de las empresas con un destacable empodera-
miento de marca dentro de la industria mobiliaria
es Colineal Corp, que comenzó como un pequeño
taller en la década de los 40 [32]. Fue consolidada
como pequeña empresa por Roberto Maldonado
Álava en Cuenca en 1976 comenzó bajo el nombre
de “Tienda de muebles”, luego la misma necesidad
hace que nazca Colineal, que es una fusión entre
muebles coloniales y muebles lineales [33].
Desde sus inicios Colineal se destacó, entre otras
cosas, por su atención al detalle, la calidad y el
diseño [34]. Colineal aunque no presenta dentro
de su creación involucración de profesionales del
diseño representa la transición del artesano hacia
una capacitación de diseño. Es sin duda, un ge-
nerador de expansión de la industria de muebles.
Colineal ha tomo influencias de ferias de diseño
de mobiliario de Milán, Paris y Carolina del Nor-
te [35]. Introduciendo conceptos del mercado ex-
tranjero a propuestas para una realidad nacional.
En el año 1994 Colineal se expande fuera del país y
abre su primera tienda en Bogotá, en 2009 se abrió
en la ciudad de Panamá, Panamá y desde 2010 está
presente en Lima Perú con 3 tiendas [36].
2.3.
La formalización del diseño industrial en el
Ecuador
Para el desarrollo del siguiente apartado se ana-
lizará en orden cronológico la involucración de la
académica en la formalización del diseño industrial
como carrera dentro de las fibras tecnológicas y de
educación superior ecuatorianas. Se tomarán las
instituciones que han permitido el desarrollo de la
disciplina y que han generado un desarrollo dentro
de la institucionalización del diseño industrial.
De acuerdo a la información reposada en los ar-
chivos de las universidades ecuatorianas y a la re-
copilación de datos de SG Zeas Carrillo (2016), la
Universidad del Azuay fue la primera que estimulo
la enseñanza de las artes y oficios, en Cuenca en los
años setenta ofertando las ramas de carpintería, ce-
rámica, joyería y diseño textil como apoyo al trabajo
artesanal. A partir de 1984, La Facultad de Diseño
empezó a otorgar los primeros títulos profesionales.
El Diseño Industrial surge en Quito en 1985 con
la creación del Instituto Metropolitano de Diseño
“la Metro”, esta institución comenzó con la forma-
ción de Diseñadores de productos desde 1981. A
lo que se sumó en 1994 la formalización la Escuela
de Diseño de la PUCE dicha universidad organi-
zó la primera y segunda Bienal Universitaria del
Diseño. Dentro del proceso ecuatoriano para la
formalización del Diseño Industrial las carreras
comenzaron con la influencia de escuelas latinoa-
mericanas como la Universidad Nacional Autóno-
ma de México (UNAM), quienes iniciaron en 1964
con la inserción del diseño industrial dentro de su
plan curricular. Citando la información de Mon-
taño los primeros profesores de las escuelas de di-
seño ecuatoriana fueron colombianos; de donde,
surge la similitud curricular de ambos países.
La incorporación del diseño industrial a las redes
de carreras ofertadas en el sistema de educación
pública ecuatoriana se dio de la mano de la Uni-
versidad Central del Ecuador en el año 2005 de
acuerdo a los datos reposados en la página web de
la universidad. El enfoque de anexar la carrera de
diseño industrial a una facultad de ingeniería es la
de brindar un soporte técnico y de conocimiento
de procesos industriales a los estudiantes.
En 2016 se realizó una reunión de universidades
que ofertan diseño industrial “los directores de las
carreras de las universidades Central del Ecuador,
Azuay y Católica Ambato (PUCESA) decidieron
reunirse con el propósito de compartir experiencias
académicas y visualizar acciones que permitan di-
fundir a la población en general los aportes profe-
sionales y productivos del diseño industrial” [37].
En 2017 La Escuela Politécnica del Litoral en
Guayaquil hizo el lanzamiento durante el primer
periodo académico de dicho año de 5 carreras,
dentro de las cuales se encontró la licenciatura en
diseño de productos [38]. Siendo la última univer-
sidad del sistema público ecuatoriano que anexo
una carrera de con directa relación al diseño in-
dustrial y siendo la primera del régimen costa.
En 2015, se crea la Cámara de Diseño del Ecuador
como sociedad civil recibiendo su personería jurí-
dica por parte del Ministerio de Cultura y Patrimo-
nio (CADE, 2017). Esta sociedad representa Diseño
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Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
Gráfico, Diseño de Interiores, Diseño de Vestuario y
Moda y Diseño Industrial o de Productos.
En el mismo documento la Cámara establece que
como representante de los profesionales del sector,
ha apoyado al Gobierno en el proceso de Cambio
de Matriz Productiva; al Ministerio de Cultura
y Patrimonio en el Encuentro de Diseño para la
edición de “Cromía”, como parte del Consejo Con-
sultivo en el 2014 y 2015, así como ha aportado y
apoyado a leyes como la Ley Orgánica de Cultura,
gestionado por el Ministerio al que representa o el
Código INGENIOS gestionado desde el IEPI, tan-
to en la Asamblea Nacional como co-participantes
en el foro de Diseño para la Emergencia: Código
Abierto para el Pro-Común.
Legislación y Leyes para el diseño industrial
Dentro de la Legislación Ecuatoriana no existen al
momento políticas públicas que respalden la acti-
vidad proyectual del diseño, o el diseño industrial
en específico.
El Ecuador ha presentado mediante la Cámara de
Diseño en colaboración con el Ministerio de Cultu-
ra y Patrimonio una agenda de desarrollo del diseño
que culminara en 2020 donde se plantea “Formular
políticas públicas encaminadas a reconocer, inser-
tar y promocionar al diseño como herramienta para
incrementar el desarrollo industrial, económico,
regional y social, garantizando la participación del
Estado, el sector empresarial, la defensoría del con-
sumidor, la academia y los diseñadores”.
La propuesta incluso teniendo el respaldo de un
organismo central administrativo no logra generar
una vía sólida para la realización de la propuesta.
Al no tener legislación que respalde los diseños
industriales, la única manera de protegerlos en
un marco jurídico es a través de La Organización
Mundial de la Propiedad Intelectual (WIPO, por
sus siglas en ingles) y debido a que Ecuador es
contratante del Convenio de París se puede gene-
rar una protección internacional por concepto de
dibujo y modelos industriales.
Esta organización define en su guía Looking
Good desde una perspectiva legal a un modelo
o diseño industrial como “An industrial design
refers to the ornamental or aesthetic aspects of
a producto” [39]. Lo que referencia que el diseño
solo será protegido en cuanto a su ornamenta-
ción y aspecto estético.
El Programa Iberoamericano de Propiedad In-
telectual y el Instituto Ecuatoriano de Propiedad
Intelectual establecen que en Ecuador la única
condición para que un diseño industrial sea prote-
gido es la novedad, es decir, que este se diferencie
claramente de un producto de su misma clase o
similares [40].
2.4. Diseñadores Industriales Ecuatorianos
2.4.1. Rodney Verdezoto.
Dentro de los diseñadores Industriales con mayor
trayectoria e impacto del Ecuador se encuentra
Rodney Verdezoto. En una entrevista para Diseño
en Ecuador se lo destaca como uno de los diseña-
dores industriales con más éxito del país. Dentro
de lo cual se mencionan diseños como la silla Miró
estuvo en la Feria Internacional del Mueble de Mi-
lán, diseñó el pabellón del Ecuador en la Feria del
Libro en Bogotá y cuenta con más de 1000 proyec-
tos dentro y fuera del país. Ha sido también docen-
te universitario en varias universidades de Quito.
En el 2009 fue nombrado director en Ecuador de
la Red Latinoamericana de Diseño, cargo en el que
se mantuvo hasta el 2013. En el 2012 Rodney fue
invitado a participar en la Bienal Interamericana
de Diseño [41].
Figura 16. Sofá Excellence 1996 [41].
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Figura 17. Silla Miró. 1998. Diseñada en ATU, fue expuesta
en la Feria Internacional del Mueble de Milán [41].
Figura 18 Pabellón Ecuatoriano para la Feria del Libro
en Bogotá. 2011 [41].
2.4.2. Raúl Guarderas
Este diseñador industrial se definió como “el dise-
ñador anónimo del Ecuador” mentando “Mucha
gente usa productos que salieron de mi mente o
fueron concebidos a través de mi lápiz. He dise-
ñado, sillas, sillones, mobiliario y complementos
de amueblamiento producidos por varias empre-
sas de diversos sectores industriales y artesanales
locales. He colaborado con empresas metalmecá-
nicas pesadas, del sector cerámico, industria del
sector plástico y pymes, con las que he lanzado al
mercado productos fuera de lo convencional. He
recibido premios en concursos y publicaciones de
mi trabajo en revistas especializadas” [42].
Tal como menta Guarderas para el espacio web, es
de los diseñadores industriales con mayor trayec-
toria y reconocimiento dentro del espacio territo-
rial ecuatoriano.
Sus diseños abarcaron el mercado dentro de la re-
conocida marca de mobiliario ATU. A su vez, la
línea de grifería diseñada para la empresa Edesa
se produce hasta la actualidad con grandes réditos
para dicha empresa.
Con su propia firma de diseño “MORF” realizó
una gran cantidad de proyectos de interiorismo,
montajes temporales, diseño de espacios retail y
diseño industrial de varios productos, muchos de
ellos aún en el mercado [42].
Uno de los campos mayormente explorados den-
tro del diseño industrial es el interiorismo y el di-
seño de mobiliario en lo cual Raúl Guarderas ha
podido definir una línea adecuada de diseño.
Fue Jefe de Museografía del Museo Interactivo de
la Ciencia siendo diseñador además de las exhi-
biciones permanentes y temporales hasta el año
2011. Desde entonces es consultor independiente
y tiene su propio Hotel de Campo en Tambillo lla-
mado “Sierra Alisos” [42].
Figura 19. Silla Dashoa [42].
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Figura 20. Sistema Adagio [42].
Figura 21. Vanitorio minimax [42].
Figura 22. Vanitorio Tango [42].
2.4.3. Arsenio García
Nacido en Portoviejo, Ecuador en 1971. Arsenio
García Monsalve comienza su vida artística de la
mano de su madre la cuencana Mariela. En la ado-
lescencia estudia cerámica en Cuenca, Ecuador y
a los 17 años parte a Australia donde completa su
iniciación en las artes con dibujo, pintura, escultu-
ra. Los siguientes años de su vida transcurren Es-
paña, en donde estudia diseño gráfico, fotografía y
diseño industrial.
Su pasión por el diseño de productos lo llevó a vi-
vir en Estados Unidos en donde a formado parte
de prestigiosas firmas de diseño como Herman
Miller, Itoki, Omron, Toshiba, Starbucks, OXO
International, Coca-Cola, Pepsi, Home Depot, Mc
Donald’s, Playtex, Hewlett Packard y otras. Su tra-
bajo ha sido mostrado en publicaciones como Vo-
gue Italia, Graphis, Time Magazine, ID Magazine,
Innovation, Popular Mechanics, Fast Company,
Ottagono, Oprah Magazine, etc [43].
Paralelamente, su amor por el arte ha hecho que
continúe produciendo y mostrando sus obras, las
que han participado en eventos internacionales de
pintura, como en 1994 en Madrid en donde repre-
sento a Ecuador o en la Bienal Internacional de
Pintura de Cuenca en abril de este año (Imaginario
Ecuador, 2007).
Su trabajo ha sido reconocido con honores en el
MoMA Design Store Destination NYC 2013, IDSA
Gold Award, The Chicago Athenaeum Good Design
Award, ID Magazine, etc; y se vende en The MoMA
Design Store y en Design Within Reach [43].
Figura 23. Set de Cuchillos para OXXO [43].
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Figura 24. Regaderas para OXXO [43].
Figura 25. Tazas Ridge [43].
Figura 26. Concepto Laptop para Toshiba [44].
2.4.4. Fernando Echeverría
Fernando Echeverria Ruiz es un diseñador indus-
trial quiteño, conocido por sus originales diseños
en calzado y accesorios que ahora reside en Praga.
Echeverria estudió Diseño de Productos en la Uni-
versidad Católica del Ecuador en Quito, posterior-
mente continuó con su Masterado en la Academia
de Artes, Arquitectura y Diseño en Praga, con una
especialidad en Footwear and Fusión Design, de-
cidió quedarse en la República Checa en el 2010 y
ahí creó su propia marca en el año 2014.
En Praga también se formó en el arte de la ela-
boración a mano de zapatos con maestros como
Martín Lawart. Actualmente forma parte de la
Bottega Smetana, un grupo de diseñadores locales
con talleres en el centro de esa hermosa ciudad del
Centro de Europa [45]. Este diseñador ecuatoria-
no presenta diseños de calzado y accesorios que
han logrado abarcar el mercado global dentro de
ámbitos de moda e indumentaria.
Figura 27. Zapatos Natura [46].
Este Diseñador Industrial establece que “Mi sello
de identidad es ofrecer zapatos y accesorios que
rescatan y usan técnicas tradicionales de la zapa-
tería, pero que a la vez son diferentes y divertidos,
buscando siempre la innovación estética y técnica
pero no olvidando un principio: tener algo único
que perdure. Por ejemplo, mis zapatos al ser de
suela y al tener tacones de suela, después de un
tiempo de uso es posible cambiarlos en cualquier
zapatería del mundo, y volverán a estar como nue-
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vos, de igual manera la suela de mis zapatos es co-
sida a mano con el cuerpo del zapato lo que les da
una vida larga” [47].
Figura 28. Zapatos Kubista [48].
La presentación de estos Diseñadores Industria-
les ecuatorianos tanto como sus proyectos desa-
tacados y trayectoria establece el alcance del dise-
ño industrial como disciplina y su amplio campo
de acción.
2.5. Oportunidades del diseño en el Ecuador.
A pesar de los intentos gubernamentales por un
cambio dentro de la matriz productiva ecuatoriana
de migrar de un estado exportador de productos
de consumo primario a productos con valor agre-
gado. No se ha podido lograr un posicionamien-
to de los productos o servicios ecuatorianos en el
mercado nacional e internacional.
“A través de diseño se logra concretar una forma
de comunicación adecuada para comunicar el
valor intrínseco del producto a los consumido-
res, el mismo que incide en la percepción de los
consumidores. Se considera necesario enfatizar la
falta de referencias al Diseño Industrial como un
estimulante de la productividad para la industria
ecuatoriana por parte de las políticas reguladoras
de calidad, dejando así de lado uno de los prime-
ros pasos para construir un producto de calidad,
que no solo compita por el cumplimiento de espe-
cificaciones, sino también por imagen de marca, y
conexión con el cliente” [49].
El anexo del diseño industrial en las entidades
públicas y privadas es de vital importancia para
un desarrollo económico y productivo adecuado.
Pero dicho anexo debe estar regulado bajo regu-
laciones que permitan una correcta relación entre
las partes.
El ocupar el diseño industrial como herramienta
de desarrollo económico parece un poco osado,
pero su relación está más cercana de lo que parece.
“El relacionar estos dos elementos es bastante sim-
ple, la economía y el diseño buscan solucionar
problemas de espacio, tiempo, recursos, etc. Y to-
dos relacionados y pensados para el ser humano
en muchos casos. Se ayudan de otras ciencias y
disciplinas para resolver problemas y no conver-
tirse en problemas futuros, son cambiantes porque
la sociedad es cambiante, buscan el bienestar de
todos, estudian a sus públicos, infieren en el diario
vivir [50].
Es así que dentro del desarrollo económico ecua-
toriano el Diseño Industrial tiene una gran posi-
bilidad de posicionamiento y desarrollo para un
reconocimiento de productos ecuatorianos a nivel
nacional e internacional.
Barbeito, Guillén y Martínez citan en su texto a
Manuel Ibáñez Gimeno (2000) que plantea:
“Centrándonos en los factores internos, tenemos
que uno de los factores genéricos es el diseño de
los productos que tiene un impacto directo sobre
la ventaja en diferenciación, aunque puede tenerlo
también sobre los costes, ya que, el diseño del pro-
ducto pensando en su fabricación, permite incre-
mentar la productividad de la empresa al facilitar
la fabricación del nuevo producto disminuyendo
el número de piezas y el coste de materiales, la fa-
bricación y el montaje, es decir, aumentado la pro-
ductividad y reduciendo los costes de fabricación
sin por ello disminuir los estándares de calidad ni
olvidar la orientación al mercado del nuevo pro-
ducto ni la aplicación de las nuevas técnicas de fa-
bricación como son la ingeniería simultánea o el
análisis de valor” [51]
Para contextualizar estas bases teóricas del aporte
del diseño dentro de las fibras económicas de un
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estado. Se realiza la reseña de los resultados obte-
nidos por otros países que han involucrado el di-
seño dentro como factor económico. Uno de los
cuales es el Design Council de Reino Unido que en
su publicación del Design Economy Report (2016)
y de acuerdo a una publicación de la Organización
Diseño Publico se recoge como datos destacados
del reporte lo siguiente:
•
El diseño creo £71.7 billones en valor agrega-
do bruto de UK (VAB, medición del valor eco-
nómico generado por productos y servicios
de un área específica). Equivalente al 7.2% del
total.
•
Entre los años 2009 – 2013 el VAB de la econo-
mía del diseño creció a una taza mayor que el
promedio de UK.
•
En el 2013, las exportaciones que tuvieron un
importante componente de diseño generaron
£34 billones, constituyendo el 7.3% del total
de las exportaciones de UK en dicho año. Esto
ubica a UK quinto en el ranking del valor total
de exportaciones generado por el diseño, de-
trás de Hong Kong, Suiza, Italia y Alemania.
•
Personas que aplican conocimientos de diseño
son 41% más productivos que el promedio.
•
El diseño creó tres veces más trabajo que el
promedio de las industrias, consolidando 1.6
millones de empleos.
•
Los empleos creados se distribuyen con un
tercio en empresas dedicadas al diseño, y el
resto distribuido en distintos sectores [52].
A los que se le suman casos como Instituto Na-
cional de Tecnología Industrial de Argentina que
reúne datos de un 71% de la base de firmas con
actividades de diseño donde se presentan los si-
guientes datos:
Figura 29. Impacto económico de las actividades de
diseño en Argentina [53].
Los datos recopilados en la Figura 29. Impacto
económico de las actividades de diseño en Argen-
tina evidencia el impacto del diseño en el incre-
mento de la economía argentina, soportando así
la importancia de la generación de los nexos del
diseño y la industria.
Es así, que la inclusión del diseño industrial en
mercado ecuatoriano de manera integrada tiene
fuerte sustento para permitir el desarrollo eco-
nómico a través de productos o servicios con alto
valor agregado que aumentarían los réditos de las
exportaciones y dinamizarían el mercado local.
3. Conclusiones
El diseño industrial representa la oportunidad del
involucramiento de una gestión y un proceso ade-
cuado para el lanzamiento de productos y/o servi-
cios ecuatorianos exitosos en un mercado volátil.
El diseño industrial es una disciplina que, por las
características de su naturaleza dentro de sus cam-
pos de acción, brinda respaldo dentro de la reali-
zación de objetivos importantes dentro de campos
sensibles como la sostenibilidad. Siendo un ente que
ofrece lineamientos claros y se relaciona con la solu-
ción de intereses sociales, culturales y políticos.
El diseño industrial en el Ecuador promete ser un
cambio significativo dentro del desarrollo produc-
tivo del país, debido al enfoque de generación de
ideas con alto valor agregado.
La existencia de referentes mundiales que al in-
volucrar el diseño dentro del sistema productivo
y empresarial han generado casos de éxitos con
réditos económicos estimula la necesidad de ma-
yor aporte en la definición de ejes y lineamientos
claros de como el diseño con énfasis en el diseño
industrial pueden penetrar las fibras económicas
ecuatorianas.
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ble: http://revistas.uide.edu.ec/index.php/
innova/article/view/565/1107.
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INTERIORISMO,» 14 Mayo 2014. [En
línea]. Available: https://www.haremos-
historia.net/invitados/raul-guarderas-di-
senador-industrial-y-de-interiorismo.
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Universidad Autonoma Metropolitana
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ACTIVIDAD ECONÓMICA,» 21 Febre-
ro 2017. [En línea]. Available: https://in-
troduccionaldisenoindustrial.wordpress.
com/2017/02/21/el-diseno-industrial-co-
mo-actividad-economica/.
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Haremos Historia, «DISEÑO INDUS-
TRIAL, PONER AL USUARIO PRI-
MERO / ARSENIO GARCÍA,» 17 Junio
2014. [En línea]. Available: https://www.
haremoshistoria.net/noticias/diseno-in-
dustrial-poner-al-usuario-primero-arse-
nio-garcia.
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Diseño Público, «REPORTE MUESTRA
QUE LA ECONOMÍA DEL DISEÑO
APORTA £71.7 BILLONES A UK,» 2016.
[En línea]. Available: http://disenopubli-
co.org/reporte-economia-del-diseno-uk/.
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IMAGINARIO ECUADOR, «los obje-
tos de arsenio,» IMAGINARIO ECUA-
DOR, 4 Octubre 2007. [En línea]. Avai-
lable: http://imaginarioecuador.blogspot.
com/2007/10/los-objetos-de-arsenio.ht-
ml?view=timeslide&m=1.
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INTI, «Diseño en la Argentina: Estuio del
Impacto Económico 2008,» Instituto Na-
cional de Tecnología Industrial, Buenos
Aires, 2008.
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Haremos Historia, «FERNANDO ECHE-
VERRIA / DISEÑO DE CALZADO Y
ACCESORIOS DESDE PRAGA,» 7 Marzo
2018. [En línea]. Available: https://www.
haremoshistoria.net/noticias/fernan- do-
echeverria-diseno-de-calzado-y-acce-
sorios-desde-praga.
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M. García, «Hecho en Ecuador: La histo-
ria de los autos ensamblados en el país,»
Diario Expresso, 16 Noviembre 2016.
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Diseño en Ecuador, «Haremos Histo-
ria,» 14 Mayo 2014. [En línea]. Availa-
ble: https://www.haremoshistoria.net/
invitados/raul-guarderas-disenador-in-
dustrial-y-de-interiorismo. [Último acce-
so: 12 06 2019].
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EL COMERCIO, «Un zapatero ecuatoria-
no conquista las vitrinas y pasarelas de Eu-
ropa Central,» EL COMERCIO, 12 Abril
2017. [En línea]. Available: https://www.
elcomercio.com/chic/zapatero-ecuatoria-
no-creativos-pasarelas-europa.html.
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A. Cuervas, «FERNANDO ECHEVE-
RRÍA: TRADICIÓN A TODO COLOR,»
6 Abril 2016. [En línea]. Available: https://
socatchy.net/es/fernando-echeverria-tra-
dicion-a-todo-color/.
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ISSN electrónica 2697-3243
Revista INGENIO N.º 1 vol. 3 (2020)
Normas para publicar en la revista Ingenio
Los artículos enviados a la revista Ingenio deben ajustarse a los siguientes criterios:
Aspectos generales
1.
Podrán ser publicados todos los trabajos realizados por investigadores nacionales o extranjeros, una
vez que cumplan los criterios de calidad científica requeridos.
2.
La revista Ingenio publica artículos relacionados con investigaciones culminadas, revisiones biblio-
gráficas, informes de desarrollo tecnológico, ensayos científicos, propuestas de modelos e innovacio-
nes, productos de la elaboración de tesis de grado siempre que sean un aporte para el campo de la
ciencia y tecnología.
3.
La revista Ingenio publica trabajos originales e inéditos en español e inglés; es decir, no pueden haber
sido publicados a través de ningún medio impreso ni electrónico.
4.
Todo artículo será sometido a un riguroso proceso de arbitraje (doble ciego); la evaluación del artí-
culo se hará conforme a criterios de originalidad, pertinencia, actualidad, aportes, rigurosidad cien-
tífica y cumplimiento de las normas editoriales establecidas.
5.
Por tratarse de una publicación arbitrada, el Consejo Editorial aprueba su publicación en base al con-
cepto de pares especializados. La recepción de un documento no implica compromiso de publicación.
6.
Es indispensable presentar una carta dirigida al Consejo Editorial autorizando a la revista Ingenio
la publicación de la investigación, dando fe de la originalidad y de ser autor de la misma. Además,
debe consignar constancia o credencial que conforme la adscripción a la Universidad o Centro de
Investigación, tal como firma el artículo.
7.
Como reconocimiento a su aporte, a cada autor se le remitirán dos ejemplares de la edición en la cual
se publica el artículo.
8.
El artículo propuesto se debe remitir a: fing.revista.ingenio@uce.edu.ec o a revistaingenio.uce@
gmail.com
Requerimientos técnicos
1.
Los artículos pueden estar escritos sobre Microsoft Word (.doc o .docx) o LATEX (.tex). Las plantillas a
ser utilizadas pueden ser descargadas del sitio web de la revista (próximo a ser abierto).
2.
Las ilustraciones y tablas deberán estar numeradas secuencialmente incluyendo una descripción explica-
tiva para cada una. Las ecuaciones incluidas en el artículo deberán también estar numeradas.
3.
Cuando presente el artículo, no intente diseñar el manuscrito. Use un tamaño de letra de 12 puntos en
todo el manuscrito. No justifique el margen derecho.
4.
El manuscrito no debe tener más de 10.000 palabras de extensión e incluir algunos o todos los siguientes
elementos;
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Título del Artículo; Times New Roman; Tamaño-14
Title of the Manuscript, Times New Roman - 12
RESUMEN
Contenido entre 100 a 150 palabras
Palabras clave
Justo después del resumen, mínimo cuatro
Ejemplo:
Palabras clave: biomasa, pirólisis, lecho fluidizado, bio-aceite, bio coimbustibles
ABSTRACT
It must contain minimum 50 maximum 100 words
Keywords
Just after the abstract, minimum four
Sample:
Keywords: biomass, pyrolysis, fluidized bed, bio-oil, bio char
Texto principal
Columna doble, 11 puntos, Times New Roman, espacio y medio, Microsoft Word
Figuras y ecuaciones en el texto.
Tabla 1, Tablas 1 y 2, Tablas 1 a 3
Fig. 1, Figs. 1 y 2, las Figs. 1 a 3
Eq. 1, Eqs. 1 y 2, Eqs. 1 a 3
Ecuaciones
Usar el Editor de ecuaciones de Microsoft
Ejemplo: (1)
Estilo y estructura de los encabezados.
Ejemplo:
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Revista INGENIO N.º 1 vol. 3 (2020)
Título
RESUMEN
ABSTRACT
1. Introducción
2. Método
2.1 Material
2.2 Configuración
2.2.1 Experimento
3. Resultados y discusión
3.1 Efecto de la temperatura
3.2 Efecto de la velocidad superficial
4.
Conclusión
Referencias
Figuras y tablas
Las figuras y tablas se agregarán al final del archivo del manuscrito, y no se agregarán al texto principal. La
ubicación de las figuras y tablas se exhibirá insertando sus subtítulos en el texto principal. Una vez aceptado,
los archivos de figuras de alta resolución (más de 300 dpi, un archivo por figura) se enviarán al editor.
2. Figura y su leyenda
Figura 1. Comparación entre CO2 calculado y escenarios en años
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Tablas y su leyenda
Tabla 1. Resultados del análisis del biogás (biodigestor taiwanés).
Referencias
Las referencias se enumerarán por orden de citación en el texto (IEEE). [1]
--.
[2] ---------- --.
[3] -----------.
En el texto, por favor cite cada referencia por número como se muestra a continuación:
Este resultado puede atribuirse a la diferencia de las dos velocidades de reacción según lo informado por
Suzana et al. [1]
Este resultado puede atribuirse a la diferencia de las dos velocidades de reacción como se informó previa-
mente [1].
El estilo dependerá del tipo de referencia que se muestra a continuación. Pero no es necesario clasificarlo en
los tipos. Simplemente, enumérelos por orden de citación en el texto.
Ejemplos:
Artículos
[1] Couhert C, Salvador S, Commandré J-M. Impacto de la torrefacción en la producción de syngas a partir de
madera. Fuel 2009; 88: 2286-2290.
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Revista INGENIO N.º 1 vol. 3 (2020)
Conferencias
[1] Suzana Y,Mohamad T A, Uemura Y,Anita R, Lukman I, Shuit S H, Tan K T,Lee K T.Revisión sobre la utilización
de la biomasa agrícola como fuente de energía en Malasia. En: Actas del 16º Simposio regional de la ASEAN
sobre ingeniería química, 1 y 2 de diciembre de 2009, Manila, Filipinas, págs. 86-89.
Sitio web
[1] MPOB (Junta de Aceite de Palma de Malasia), 2008, “6.8 Productores principales mundiales de aceite de pal-
ma: 1999 - 2008.” Recuperado el 28 de enero de 2010 de http://econ.mpob.gov.my/economy/annual/
stat2008/ei_world08.htm.
Libro
[1] Corley R H V, Tinker P B. La palma aceitera. 4ta ed. Oxford: Blackwell Science; 2003, p.328.
NOTA:
El tipo de caracter usado en esta sección ha sido establecido de acuerdo a como deberá ser presentado su
trabajo escrito.
5. Para la integración de citas dentro del artículo, debe usarse un corchete con un número en el interior,
el mismo que hará referencia al documento de citación que debe constar en la bibliografía, y se irá
colocando de forma ascendente. Cuando se trata de citas textuales se escribirá entre comillas con el
texto en cursiva y a continuación se debe colocar el corchete con el número que corresponda siguien-
do el formato de la IEEE. Información disponible en URL http://normas-ieee.com/
Arbitraje
1.
El Comité Editorial remitirá al autor acuse de recibo de su trabajo en un plazo no mayor de cinco días
luego de cerrada la convocatoria, y en un mes (que podría ampliarse en circunstancias extraordinarias
hasta mes y medio) le remitirá la resolución final sobre el mismo.
2.
Para ser publicado en la revista Ingenio, todo artículo será sometido a una fase de selección y a un pro-
ceso de dictamen. En la primera fase, el Comité Editorial seleccionará los artículos que correspondan a
las áreas temáticas tratadas en la revista y que cumplan con los requisitos académicos indispensables de
un artículocientífico.
3.
Las contribuciones serán sometidas al dictamen de dos especialistas en la materia correspondiente. Si existe
contradicción entre ambos dictámenes, se procederá a una tercera evaluación que se considerará definitiva.
El proceso de dictamen será secreto y no se dará información nominal respecto a éste. Una vez emitidas las
evaluaciones de los árbitros consultados, se enviará a los autores el acta de dictamen, y éstos tendrán un plazo
no mayorde cinco días para entregar la versión final del artículo con las correcciones pertinentes si las hu-
biere.
4.
El Comité Editorial de la revista verificará la versión final con base en los dictámenes e informará a los
autores en qué número de la revista será publicado su trabajo. Las colaboraciones aceptadas se someterán
a corrección de estilo y su publicación estará sujeta a la disponibilidad de espacio en cada número.
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Antiplagio
1.
Todos los artículos recibidos por la revista Ingenio serán sometidos a un control Antiplagio utilizan-
do diversas herramientas como el sistema Urkund, que analiza los textos en busca de coincidencias
gramaticales y orto tipográficas, lo que garantiza que los trabajos sean inéditos.
Esta edición que consta de 150 ejem-
plares en papel couché de 115 grs., se
terminó de imprimir en 2020, siendo
Rector de la Universidad Central
del Ecuador el señor Dr. Fernando
Sempértegui Ontaneda.