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INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY
CAMPUS QUERÉTARO
PROPUESTA DE DISEÑO EN CONCEPTO DE UN DISPOSITIVO
DE ENFRIAMIENTO RÁPIDO UTILIZANDO METODOLOGÍA
DESIGN THINKING
TESINA QUE PRESENTA
ING. DIANA BELÉN PERALTA ZURITA
MAESTRIA EN SISTEMAS DE MANUFACTURA
MMS
MAYO, 2016
1
INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY
CAMPUS QUERÉTARO
PROPUESTA DE DISEÑO EN CONCEPTO DE UN DISPOSITIVO
DE ENFRIAMIENTO RÁPIDO UTILIZANDO METODOLOGÍA
DESIGN THINKING
TESINA QUE PARA OPTAR EL GRADO DE
MAESTRO EN SISTEMAS DE MANUFACTURA
PRESENTA
ING. DIANA BELÉN PERALTA ZURITA
Asesor:
Asesor Externo:
Dr. ALEJANDRO ACUNA LÓPEZ
M.C. CÉSAR DE JESÚS GUTIÉRREZ PÉREZ REGUERA
Santiago de Querétaro, Qro. Mayo de 2016.
2
DEDICATORIA
A mis queridos padres,
por cada una de las enseñanzas y consejos que me han guiado a lo largo de mí camino,
por formar en mi e inculcarme buenos valores y sentimientos,
por enseñarme que cada esfuerzo tiene su recompensa,
por siempre apoyarme incondicionalmente y no dejar rendirme,
por enseñarme el valor de la vida y alentarme a cumplir mis sueños,
por todos los sacrificios que han realizado para darme la mejor educación,
por ser el pilar fundamental en mi vida y gracias a su amor,
hacer de mí una mujer feliz y agradecida,
por ser los mejores padres con los que Dios Todo Poderoso me ha bendecido.
A mis queridos hermanos,
por ser mi inspiración a cada día superarme,
por el amor y apoyo incondicional en este largo camino,
por ser mis cómplices de aventuras, sueños y juegos,
por ser mi alegría y el motor que acciona mi felicidad,
por toda una infancia, juventud y muchos años más por compartir,
porque siempre podré contar con ustedes,
y ustedes cuentan conmigo incondicionalmente,
porque llegaron a mi vida a ser la más grande bendición.
.
A mi prometido,
por ser mi mejor amigo y compañero de sueños,
por el amor incondicional,
por ser la persona que me complementa y me ayuda a ser mejor persona,
por ser mi soporte en momentos difíciles y alegrar mis días,
por esperarme y apoyarme a crecer.
A mi familia y amigos,
por todos los buenos deseos que me han dado,
por siempre alegrarse de mis logros y compartirlos con alegría,
por motivarme a crecer como profesional.
¡Los Amo!
3
AGRADECIMIENTOS
En primer lugar quiero agradecer infinitamente a Dios Todo Poderoso, por la
maravillosa vida que me ha entregado y por todas las oportunidades que me brinda para vivir,
crecer y desarrollarme como persona, mujer y profesional, hasta el día de hoy.
A mis padres, hermanos y mi familia por el apoyo y el gran esfuerzo que han realizado,
por darme la mejor educación y apoyarme en cada una de mis decisiones.
A la Secretaría de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación del Gobierno
Nacional de la República del Ecuador, por la valiosa oportunidad y el apoyo económico para
realizar mis estudios de Posgrado en México y poder ser parte del cambio y desarrollo tecnológico
de nuestro país Ecuador con los conocimientos aprendidos.
Al Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey Campus Querétaro, por
abrirme las puertas de esta distinguida institución y formar parte de la comunidad Tec, en búsqueda
del desarrollo de América y el mundo.
Agradezco a Mabe Centro de Tecnología y Proyectos, por la confianza y la oportunidad de
realizar este proyecto en tan distinguida empresa, de la mano el agradecimiento a todas las personas
que compartieron sus sabios conocimientos y valioso tiempo conmigo, muchas gracias equipo de
Introducción a Nuevas Tecnologías de Refrigeración encabezado por su Líder M.C. César
Gutiérrez y al área de Mabe Innovación Acelerada, encabezado por su Líder Lic. Joel Gaona,
gracias por la oportunidad, confianza y enseñanzas que han aportado a mi crecimiento profesional.
A mi asesor el Dr. Alejandro Acuña López, por su valioso aporte, apoyo, consejos y
seguimiento en el desarrollo de mi tesina, a mis queridos maestros por ser mis mentores y guías en
el camino del aprendizaje.
4
“El mundo ha cambiado,
Está cambiando, y
Continuará cambiando”
- Idriss Mootee
5
0 RESUMEN.
El presente trabajo de tesina se enfocó en el diseño de un nuevo dispositivo de enfriamiento
rápido de bebidas, para el cual se inició con una amplia investigación enfocada a identificar las
áreas de oportunidad, definición de usuarios críticos y la identificación de requerimientos de
diseño, utilizando la metodología “Design Thinking”. Todo esto con el objetivo de brindar
soluciones prácticas en un producto.
Con el análisis y resultados obtenidos de esta empatía con el usuario, no sólo se propone el
diseño de un nuevo producto, sino adicionalmente un nuevo modelo de negocio enfocado al
enfriamiento de bebidas para el área comercial; una nueva área de oportunidad y mercado para la
empresa Mabe, realizando la propuesta de diseño en concepto de un prototipo funcional.
El enfriamiento rápido al ser un fenómeno largamente estudiado y donde las posibles
soluciones son muy cotizadas en el mercado de los electrodomésticos. Se han desarrollado varios
experimentos que demuestran la factibilidad técnica del producto, proponiendo un diseño que rete
a mejorar los sistemas de refrigeración; pensado en procesos de manufactura a futuro y entregando
una propuesta de diseño en 3D manufacturable, con tecnología existente en Mabe.
6
Esta propuesta de diseño es capaz de enfriar diferentes bebidas que se encuentran a
temperatura ambiente de 24°C en tan sólo 2 minutos. Cuenta con un diseño adaptable a cualquier
forma de envases contenedores de bebidas y como plus del producto se garantiza obtener una
bebida a la temperatura ideal para el consumo, disfrute y goce de la mayoría de los sentidos del
ser humano. Haciendo que cada uno de los clientes que integra la cadena de esta nueva área de
oportunidad de negocio para Mabe, sientan la satisfacción y el beneficio de este producto.
7
ÍNDICE GENERAL
DEDICATORIA ................................................................................................................ 2
AGRADECIMIENTOS ..................................................................................................... 3
0 RESUMEN. .................................................................................................................. 5
ÍNDICE GENERAL ............................................................................................................ 7
LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................ 12
LISTA DE TABLAS ......................................................................................................... 17
LISTA DE ECUACIÓNES ............................................................................................... 18
LISTA DE DIAGRAMAS ................................................................................................ 18
1 INTRODUCCIÓN. .................................................................................................... 19
1.1 MABE ....................................................................................................................... 20
1.2 ANTECEDENTES .................................................................................................... 21
1.2.1 PRODUCTOS Y TÉCNICAS DE ENFRIAMIENTO RÁPIDO ACTUALES ..... 22
1.2.2 PRODUCTOS QUE ACTUALMENTE OFRECE MABE .................................. 26
1.2.3 CONCEPTO INICIAL ........................................................................................... 27
1.3 PLANTEAMIENTO DE LA NECESIDAD Y EL PROBLEMA ............................ 28
1.4 OBJETIVOS .............................................................................................................. 29
1.4.1 OBJETIVO GENERAL ......................................................................................... 29
1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................. 30
8
1.5 JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................... 30
1.6 BENEFICIOS ESPERADOS .................................................................................... 33
2 MARCO TEÓRICO. ................................................................................................ 35
2.1 ¿QUÉ ES LA INNOVACIÓN? ................................................................................. 35
2.1.1 INNOVACIÓN EN FUNCIÓN DEL USUARIO .................................................. 37
2.2 LAS PREMISAS DEL PROCESO CREATIVO EN FUNCIÓN DEL USUARIO . 38
2.3 METODOLOGÍA DE DISEÑO DESIGN THINKING............................................. 39
2.3.1 EMPATÍA .............................................................................................................. 41
2.3.2 DEFINE .................................................................................................................. 43
2.3.1.1 ¿QUÉ ES UN INSIGHT? .................................................................................... 45
2.3.3 IDEAR .................................................................................................................... 45
2.3.3 PROTOTIPAR ....................................................................................................... 47
2.3.3 EVALUAR ............................................................................................................. 50
2.3.3.1 ¿POR QUÉ EVALUAR? .................................................................................... 51
2.3.3.2 ¿CÓMO EVALUAR? ......................................................................................... 52
2.4 CALOR Y TEMPERATURA ................................................................................... 52
2.4.1 TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN ..................................... 53
2.4.2 TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN ..................................... 54
2.4.2.1 CONVECCIÓN FORZADA - ANÁLISIS CUALITATIVO ............................ 55
2.4.2.2 CONVECCIÓN NATURAL .............................................................................. 56
2.4.3 TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN ......................................... 57
9
2.4.3.1 ESPECTRO DE RADIACIÓN ........................................................................... 58
3 ESTADO DEL ARTE. .............................................................................................. 59
3.1 MÉTODOS DE ENFRIAMIENTO REALIZADOS POR EL USUARIO ............... 59
3.1.1 MÉTODOS MANUALES DE ENFRIAMIENTO RÁPIDO EN BEBIDAS ........ 59
3.1.2 MÉTODOS MANUALES DE ENFRIAMIENTO RÁPIDO EN ALIMENTOS .. 61
3.1.3 MÉTODOS AUTOMÁTICOS DE ENFRIAMIENTO DE BEBIDAS ................. 63
3.1.4 MÉTODOS AUTOMÁTICOS DE ENFRIAMIENTO DE ALIMENTOS ........... 66
3.2 TECNOLOGÍAS ACTUALMENTE UTILIZADAS PARA ENFRIAMIENTO.... 68
3.2.1 MÉTODOS DE ENFRIAMIENTO PATENTADOS ............................................ 68
3.2.1.2 PATENTE CN 103292541 A ELECTROLUX PROFESSIONAL .................... 69
3.2.1.3 PATENTE EP1848943 B1 CLAUDIO TONON ............................................... 71
3.2.1.4 PATENTE US20060230765 A1 ANDREI FEDOROV, ROBERT
WADELL, STEPHANE LAUNAY .............................................................................. 73
3.2.1.5 PATENTE ES2311123T3 POR BSH BOSCH UND SIEMENS ....................... 74
HAUSGERATE GMBH. ................................................................................................ 74
3.2.2 TECNOLOGÍAS DE ENFRIAMIENTO RÁPIDO UTILIZADAS POR MABE . 76
4 DESARROLLO. ........................................................................................................ 78
4.1 CONOCIENDO AL USUARIO ............................................................................... 80
4.1.1 USUARIOS QUE MANEJAN UNA RELACIÓN CON EL ENFRIAMIENTO
RÁPIDO .......................................................................................................................... 81
10
4.1.2 EVALUANDO EL PRIMER CONCEPTO DE ENFRIAMIENTO RÁPIDO CON
EL USUARIO ................................................................................................................. 88
4.2 DEFINIENDO LA PROPUESTA DE VALOR PARA EL USUARIO .................. 91
4.2.1 IDENTIFICACIÓN DE INSIGHTS ...................................................................... 92
4.2.2 CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO...................................................................... 93
4.3 TECNOLOGÍAS PARA ENFRIAMIENTO RÁPIDO ............................................ 99
4.3.1 DISEÑO GENERAL ............................................................................................ 100
4.3.2 SISTEMA DE ENFRIAMIENTO ....................................................................... 101
4.3.3 SISTEMA HIDRÁULICO ................................................................................... 115
4.3.4 SISTEMA MOTRIZ............................................................................................ 122
5. RESULTADOS (PROPUESTA DE DISEÑO) ........................................................... 126
5.1 DISEÑO DE PROTOTIPO FUNCIONAL ............................................................. 126
5.1.1 DIMENSIÓNES GENERALES........................................................................... 128
5.1.2 DIAGRAMA DE BLOQUES DE SUBSISTEMAS DEL DISPOSITIVO DE
ENFRIAMIENTO RÁPIDO ......................................................................................... 129
5.2 DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DEL DISPOSITIVO DE
ENFRIAMIENTO RÁPIDO ......................................................................................... 130
5.3 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE LA UNIDAD DE REFRIGERACIÓN ..... 132
5.4 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA MOTRIZ ............................... 136
5.5 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE EL SISTEMA HIDRAULICO .................. 138
5.6 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL ..................... 139
11
6 CONCLUSIONES. ....................................................................................................... 145
7 TRABAJO A FUTURO ............................................................................................... 148
8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................ 152
9. ANEXOS ..................................................................................................................... 156
ANEXO A. DIAGRAMA PROCESO DE DISEÑO CENTRADO EN USUARIO ... 156
ANEXO B. PROTOTIPOS FUNCIONALES EXPERIMENTALES ......................... 157
ANEXO B.1 PROTOTIPO PARA VALIDAR LA CORTINA DE AGUA ................. 157
ANEXO B.2 PROTOTIPO EN CONCEPTO VALIDACIÓN EVAPORADOR ........ 158
ANEXO B.3 PROTOTIPO EN CONCEPTO CILINDROS CONCÉNTRICOS ......... 158
ANEXO B.4 MOCKUP PARA DIMENSIONES ......................................................... 160
ANEXO C MODELO E INVESTIGACIÓN EFECTO RANKINE VORTEX .............. 161
ANEXO C MODELO DINÁMICO COMPORTAMISNTO SISTEMA MOTRIZ ..... 163
12
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Presencia mundial de Mabe ................................................................................ 21
Figura 2. Baño María Invertido ......................................................................................... 23
Figura 3. Varios métodos de enfriamiento de bebidas creativos ....................................... 23
Figura 4. Varios métodos de enfriamiento de bebidas y alimentos con hielo .................. 24
Figura 5. Enfriamiento bajo tierra eCool ........................................................................... 24
Figura 6. Productos para enfriamiento rápido de bebidas independientes ........................ 25
Figura 7. Productos para enfriamiento rápido de bebidas en el refrigerador ..................... 25
Figura 8. Abatidores de temperatura para alimentos ......................................................... 26
Figura 10. Concepto de dispositivo de enfriamiento rápido Polar Roller ......................... 28
Figura 11. Proceso Design Thinking .................................................................................. 40
Figura 12. Factores importantes Metodología Design Thinking ....................................... 40
Figura 13. Procesos de la Metodología Design Thinking ................................................. 41
Figura 14. Etapa empatía de la Metodología Design Thinking ........................................ 42
Figura 15. Cada usuario es un universo ............................................................................. 42
Figura 16. Etapa define de la Metodología Design Thinking ........................................... 44
Figura 17. Etapa ideación de la Metodología Design Thinking ........................................ 46
Figura 18. Trabajo con equipo multidisciplinario ............................................................. 46
Figura 19. Bocetaje rápido para expresar ideas ................................................................. 47
Figura 20. Etapa prototipado de la Metodología Design Thinking ................................... 48
Figura 21. Maquetado rápido ............................................................................................. 49
13
Figura 22. Prototipar .......................................................................................................... 50
Figura 23. Etapa Evaluar de la Metodología Design Thinking ......................................... 51
Figura 24. Evaluar ............................................................................................................. 51
Figura 25. Mecanismos de transferencia de calor ............................................................. 53
Figura 28 Proceso de convección ..................................................................................... 55
Figura 29 Proceso de convección ..................................................................................... 56
Figura 31. Transferencia de calor por radiación ................................................................ 57
Figura 32. Espectro electromagnético y región visible (inferior). ..................................... 58
Figura 33. Método manual enfriamiento rápido ................................................................ 60
Figura 34. Reducción temperatura método manual bebida ............................................... 60
Figura 35. Método llano .................................................................................................... 62
Figura 36. Método para sopas y caldos ............................................................................. 63
Figura 37. PATENTE US007343748B2 .......................................................................... 69
Figura 38. CN 103292541 A ............................................................................................. 71
Figura 39. EP1848943 B1 .................................................................................................. 72
Figura 40. US20060230765 A1 ......................................................................................... 74
Figura 41. ES2311123T3 .................................................................................................. 75
Figura 42. Display Express Chill Zone ............................................................................. 76
Figura 43. Express Chill Zone .......................................................................................... 77
Figura 44. Prototipo Funcional Polar Roller ...................................................................... 79
Figura 45. Proceso design thinking ................................................................................... 80
14
Figura 46. Sectores relacionados con enfriamiento rápido ................................................ 81
Figura 47. Usuarios en torno a enfriamiento de bebidas ................................................... 82
Figura 48. Usuarios hogar .................................................................................................. 83
Figura 49. Usuarios que buscan enfriar rápidamente los alimentos .................................. 84
Figura 50. Mapa de empatía .............................................................................................. 85
Figura 51. Requerimientos de producto – Pains de usuario .............................................. 85
Figura 52. ¿Qué se quiere enfriar rápidamente? ................................................................ 86
Figura 53. Bosquejo general de un prototipo de enfriamiento rápido ............................... 88
Figura 54. Maquetas volumétricas para pruebas con usuario ............................................ 89
Figura 55. Prototipado rápido ............................................................................................ 89
Figura 56. Prototipado rápido ............................................................................................ 90
Figura 57. Laboratorio de usuario ..................................................................................... 90
Figura 58. Resultados laboratorio de usuario .................................................................... 91
Figura 59. Resultados laboratorio de usuario .................................................................... 93
Figura 60. Resultados laboratorio de usuario .................................................................... 94
Figura 61. Resultados laboratorio de usuario .................................................................... 94
Figura 62. Refrigeradores para bebidas en locales comerciales ........................................ 95
Figura 63. Refrigeradores para bebidas en locales comerciales ........................................ 95
Figura 64. Requerimientos clave para el usuario ............................................................... 96
Figura 65. Subsistemas del dispositivo de enfriamiento rápido ...................................... 101
Figura 66. Tiempos para uso del sistema ......................................................................... 102
15
Figura 67. Unidad de refrigeración .................................................................................. 105
Figura 68. Funcionamiento de sistema de refrigeración ................................................ 106
Figura 69. Gráfica presión - temperatura ......................................................................... 108
Figura 70. Compresor para refrigeración ......................................................................... 109
Figura 71. Condensador ................................................................................................... 110
Figura 72. Evaporador ..................................................................................................... 111
Figura 73. Diseño experimento fabricación de hielos ..................................................... 112
Figura 74. Prototipo para DOE ........................................................................................ 113
Figura 75. Gramos de hielo en determinado tiempo ........................................................ 114
Figura 76. Energía por experimento ................................................................................ 114
Figura 77. Trabajo de evaporador .................................................................................... 115
Figura 78. Fluido intercambiador en trabajo ................................................................... 120
Figura 79. Efecto Rankine vortex .................................................................................... 121
Figura 80. Pruebas de caudal ........................................................................................... 122
Figura 81. Experimento con relación velocidad y tiempo .............................................. 123
Figura 82. Experimento con relación temperatura interna de bebida y tiempo ............... 123
Figura 83. Experimento variaciones de temperatura en un Δt ......................................... 123
Figura 84. Experimento a 60RPM ................................................................................... 124
Figura 85. Resultados estadísticos ................................................................................... 124
Figura 86. Validación estadística ..................................................................................... 125
Figura 87. Dispositivo de enfriamiento rápido ................................................................ 127
16
Figura 88. Sistemas principales del dispositivo de enfriamiento .................................... 128
Figura 89. Dimensionamiento de dispositivo de enfriamiento ........................................ 128
Figura 90. Diagrama de bloques de componentes ........................................................... 129
Figura 91. Llenado de tanque superior ............................................................................ 130
Figura 92. Enfriamiento de bebidas ................................................................................. 131
Figura 93. Evaporador generador de hielos ..................................................................... 132
Figura 94. Evaporador y contenedor ............................................................................... 133
Figura 95. Formación de hielos ....................................................................................... 133
Figura 96. Drenaje de agua del contenedor de hielos ...................................................... 134
Figura 97. Deshielo .......................................................................................................... 135
Figura 98. Almacén de 3 kilos de hielo ........................................................................... 135
Figura 99. Enfriamiento de bebidas–– ............................................................................. 136
Figura 100. Sistema motriz .............................................................................................. 136
Figura 101. Transmisión de potencia con poleas tipo H y una banda PolyV ................ 138
Figura 102. Sistema hidráulico ........................................................................................ 138
Figura 103. Evaporador para 24 cilindros de hielo .......................................................... 149
Figura 104. Propuesta de diseño para mayor capacidad de bebidas ................................ 149
Figura 105. Propuesta de sistema hidráulico tipo sifón ................................................... 150
Figura 106. Propuesta de enfriamiento de bebidas .......................................................... 151
Figura 107. Propuesta mejora como área de oportunidad ............................................... 151
Figura 108. Proceso de diseño centrado en usuario ......................................................... 157
17
Figura 109. Validación cortina de agua ........................................................................... 157
Figura 110. Prototipo en concepto validación evaporador .............................................. 158
Figura 111. Cilindros concéntricos .................................................................................. 159
Figura 112. Relación transferencia de calor .................................................................... 159
Figura 113. Comportamiento cilindros concéntricos ....................................................... 160
Figura 114. Propuesta en mockup .................................................................................... 161
Figura 115. Efecto Rankine Vortex en fluidos ................................................................. 161
Figura 116. Comportamiento de temperatura modelo Rankine ....................................... 163
Figura 117. Modelo dinámico sistema motriz ................................................................. 164
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Productos para enfriamiento rápido existentes en el mercado............................. 66
Tabla 2. Productos para enfriamiento de alimentos calientes ........................................... 67
Tabla 3. Temperatura según tipo de bebida ....................................................................... 98
Tabla 3. Datos para cálculo de calor en refresco ............................................................. 103
Tabla 4. Parámetros técnicos de refrigerante ................................................................... 108
Tabla 5. Parámetros de experimento................................................................................ 113
Tabla 6. Experimentos para sistema hidráulico ............................................................... 117
18
LISTA DE ECUACIÓNES
Ecuación 1. Calor transferido por unidad de tiempo ........................................................ 54
Ecuación 2. Calor transferido por unidad de tiempo ........................................................ 55
Ecuación 3. Convección natural ....................................................................................... 57
Ecuación 4. Ecuación desarrollada por Planck ................................................................. 58
Ecuación 5. Relación tiempo – temperatura .................................................................... 101
Ecuación 6. Relación calor y temperatura ....................................................................... 103
Ecuación 7. Relación disponible para ceder a bebidas .................................................... 104
Ecuación 8. Capacidad calorífica fluido caliente ............................................................ 118
Ecuación 9. Capacidad calorífica fluido frío ................................................................... 118
Ecuación 10. Primera Ley de la Termodinámica ............................................................. 118
Ecuación 11. Relación de intercambiador ....................................................................... 119
Ecuación 12. Intercambiador de calor completo ............................................................. 119
Ecuación 13. Comportamiento sistema motriz ............................................................... 137
Ecuación 14. Modelo matemático Vortex ....................................................................... 162
LISTA DE DIAGRAMAS Diagrama 1. Inicio de operaciones del sistema (etapa I) ................................................. 140
Diagrama 2. Entrada función formación de hielo (etapa II) ............................................ 141
Diagrama 3. Verificación de estados de operación (etapa III) ........................................ 142
Diagrama 4. Verificación de estados de operación (etapa IV) ........................................ 143
19
1 INTRODUCCIÓN. Los electrodomésticos son máquinas o aparatos que permiten agilizar o realizar ciertas
tareas en el hogar. Su diseño, fabricación, venta y distribución, han permito ser el eje principal y
modelo de negocio de muchas empresas, que buscan facilitar las tareas o actividades de forma
práctica.
Dentro de los electrodomésticos existe el modelo de negocio de línea blanca, donde están
vinculados el área de cocina, limpieza del hogar y ventilación. Estas áreas están relacionadas
directamente a facilitar la vida del usuario.
Al hablar de cocina, y en específico de brindar soluciones a la conservación, mantenimiento
y duración de diferentes productos como alimentos y bebidas, se ha buscado utilizar la
refrigeración y el enfriamiento como herramientas para la solución de fenómenos físicos
relacionados a transferencia de calor.
Sin embargo, al querer innovar e involucrarse en el diseño de nuevos electrodomésticos,
enfocados a satisfacer necesidades de diferentes usuarios, es necesario cambiar la mentalidad de
la industria. Lo anterior puede lograrse utilizando herramientas como Design Thinking, que “es
un enfoque para la innovación centrado en las personas, que utiliza herramientas de diseño para
20
integrar las necesidades de las personas, las posibilidades de la tecnología, y los requerimientos
para el éxito del negocio” (Traducción al español: Tim Brown, presidente and CEO de IDEO).
Las empresas están empezando a darse cuenta de que se está afrontando un cambio de época
en lo económico y social, y que si quiere sobrevivir y mantener las ventajas competitivas a largo
plazo, se debe apostar por la innovación como motor de crecimiento.
Es decir, contemplar la innovación como un enfoque holístico donde personas, tecnología
y negocio converge, en lo que se conoce como pensamiento de diseño en función del usuario.
1.1 MABE
Mabe es una empresa mexicana líder en línea blanca en américa latina, fue fundada en 1946
por Egon Mabardi y Francisco Berrondo, con la fusión de las dos primeras letras de sus apellidos
surge la palabra MABE.
Brevemente en 1953 inicia la producción de estufas a gas bajo la marca Mabe y para 1964
inicia la fabricación de refrigeradores con interiores de plástico (un concepto innovador para la
época), donde arrancan con las primeras exportaciones de productos a: Puerto Rico, República
Dominicana y Venezuela.
En 1987 se realiza la alianza Mabe - General Electric, que se consolidó con la construcción
de una planta en San Luis Potosí, donde se producen estufas a gas para su exportación al mercado
más grande del mundo: Estados Unidos.
En 1994 se inauguró el Centro de Tecnologías y Proyectos (MABE T&P), en la ciudad de
Querétaro, entidad encargada de la investigación y desarrollo tecnológico para Mabe y GE a nivel
mundial.
21
En la actualidad con más de 68 años de historia, éxito, innovación y calidad, Mabe es líder
en línea blanca, con presencia en más de 70 países a nivel mundial. Es dueña de más de 16 marcas
diferentes y cuenta con 18 plantas de producción que cubren aproximadamente 13, 000,000 de
unidades que son vendidas al año. En la Figura 1 se puede ver la presencia de Mabe a nivel
mundial.
Figura 1. Presencia mundial de Mabe
1.2 ANTECEDENTES
En esta sección se verán los diversos métodos de enfriamiento rápido utilizado y presente
en el mercado, tanto manuales como automáticos. También las tecnologías utilizadas actualmente
en Mabe. Además se analizará el concepto inicial de donde Mabe partió para el desarrollo de un
dispositivo de enfriamiento rápido y del por qué no continuar con la misma idea.
22
Idea que Mabe trabajó con la colaboración del proyecto estudiantil entre alumnos de
Posgrado de Ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional Autónoma de México y de la
Universidad de Stanford en USA, mediante su curso de Stanford Design Innovation Process.
Actualmente este proyecto es retomado y desarrollado en el Centro de Tecnología y
Proyectos MABE (T&P), con el equipo del área de Mabe Innovación Acelerada MI2, el equipo del
área de Ingeniería en Refrigeradores Mabe y con la colaboración de la Ingeniera Diana Belén
Peralta Zurita, estudiante de Posgrado en Ingeniería, Maestría en Sistemas de Manufactura del
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores Monterrey campus Querétaro.
1.2.1 PRODUCTOS Y TÉCNICAS DE ENFRIAMIENTO RÁPIDO ACTUALES
En la actualidad existen diversos productos y técnicas empleadas para lograr el enfriamiento
rápido de bebidas y alimentos, utilizados por usuarios en el hogar, en negocios, en ocasiones
esporádicas, en varios y diferentes lugares, como parte de una acción necesaria o como un lujo.
A continuación se detallará brevemente los diferentes productos y técnicas de enfriamiento
tanto manuales como automáticos existentes en el mercado.
1.2.1.1 TÉCNICAS DE ENFRIAMIENTO RÁPIDO MANUALES
Con la necesidad de lograr enfriar rápido alimentos y bebidas el ser humano ha buscado
algunos métodos y ciertas “mañas” que han sido aprendidas y heredadas de forma manual o
artesanal. Sin embargo son maneras no prácticas, ya que se pierde mucho tiempo y recursos para
realizarlas. A continuación se muestran las técnicas de enfriamiento más comunes:
Baño María invertido: Usando agua, hielos, sal, como se muestra en la Figura 2; para
obtener los resultados deseados se necesita estar meciendo todo en un contenedor, toma alrededor
de 20 minutos.
23
Figura 2. Baño María Invertido
Enfriamiento adaptado: En la Figura 3 se muestran varios métodos que con la
creatividad de la gente se enfría bebidas, por lo general colocando junto o dentro de
aparatos que despiden frío, pero su función no es para ese fin. Tarda entre 30 a 40
minutos.
Figura 3. Varios métodos de enfriamiento de bebidas creativos
Enfriamiento con hielos: Se usa hielos en contacto externo o mezclando con los
mismos para enfriar bebidas y alimentos como se muestra Figura 4. Al estar en
contacto externo tarda 30 minutos, al mezclarlos tarda 5 minutos, pero la textura y
el sabor se modifica.
24
Figura 4. Varios métodos de enfriamiento de bebidas y alimentos con hielo
Enfriamiento bajo tierra eCool: Se colca bajo la tierra, durante 1 noche, con el
frío de la mañana y la humedad de la tierra se enfrían las bebidas. Esta ténica se
ilustra en la Figura 5.
Figura 5. Enfriamiento bajo tierra eCool
1.2.1.2 PRODUCTOS PARA ENFRIAMIENTO RÁPIDO AUTOMÁTICOS
Enfriamiento automático para bebidas: En las Figuras 6 y 7 se muestran
diferentes productos que tratan de enfriar bebidas de manera automática. Se detallan
con características y factores importantes a conocer.
25
Figura 6. Productos para enfriamiento rápido de bebidas independientes
Figura 7. Productos para enfriamiento rápido de bebidas en el refrigerador
Enfriamiento automático para alimentos: En el mercado no existe ningún tipo de
dispositivo que enfríe rápidamente los alimentos. Existen abatidores de temperatura
26
como se muestra en la Figura 8 y son utilizados a nivel industrial y en negocios de
preparación de alimentos.
Figura 8. Abatidores de temperatura para alimentos
1.2.2 PRODUCTOS QUE ACTUALMENTE OFRECE MABE
1.2.2.1 ENFRIAMIENTO RÁPIDO
Mabe dentro de sus productos de línea blanca, cuenta con refrigeradores como el Ingenious
de 510 litros en acero inoxidable como se muestra en la Figura 9, el cuál en el congelador tiene
una zona llamada Express Chill Zone, se encuentra en la parte superior del congelador, y puede
enfriar bebidas y alimentos en un período entre 30 a 45 minutos, esta zona utiliza el mismo aire
frío del congelador y su diseño hace que este se encierre como una cámara de enfriamiento rápido
al aplastar un botón.
27
Figura 9. Refrigerador Ingenious Mabe con Express Chill Zone
1.2.3 CONCEPTO INICIAL
Como ya se mencionó anteriormente Mabe trabajó en colaboración de los alumnos de la
UNAM y la D. School de Stanford, donde el objetivo era “realizar una máquina de hielo
innovadora para un refrigerador o electrodoméstico, ya que es una característica principal en el
refrigerador altamente solicitada por el consumidor y, considerando que el hielo generalmente se
relaciona con el factor diversión” (Proyecto Polar Roller Mabe).
Dentro de su proyecto encontraron ciertos rasgos de que los usuarios usaban hielo para
enfriar una bebida, pero con el inconveniente de que el mismo cambia el sabor de la bebida. Una
encuesta realizada en Estados Unidos y México en el 2013, mostraba que los usuarios preferirían
no usar hielos para enfriar sus bebidas, sin embargo el factor tiempo era primordial para ello. Es
decir, no se ha encontrado un producto que aporte al enfriamiento rápido de bebidas.
El Polar Roller tuvo dos propósitos básicos: “enfriar rápidamente líquidos como refrescos
(dirigida principalmente a las bebidas de consumo) que se encuentran dentro de un contenedor
cilíndrico (u otra forma que permita la rotación); fabricar hielo en un contenedor cilíndrico
especialmente diseñado con este propósito (Proyecto Polar Roller Mabe).
28
Se utilizaron tecnologías donde el dispositivo utilizaba un líquido como medio de
transferencia de calor, el cuál robaba energía interna del líquido, obligándolo a enfriarse mientras
rotaba el envase el cuál era cubierto por este líquido previamente enfriado.
La idea era incorporar este aparato en el interior del refrigerador, para no necesitar tener
constantemente una fábrica de hielos que quite espacio al interior (queja que se ha escuchado
mucho por parte del usuario).
Como resultado final de este trabajo previo se logró hacer un concepto capaz de producir
hielo en 13 minutos, adicional agregaron un compartimiento que enfríe latas, botellas, cilindros,
vinos o cualquier recipiente que tenga la geometría necesaria para girar. Es importante aclarar que
este proyecto dio como resultado un concepto llamado Polar Roller mostrado en la Figura10.
Figura 10. Concepto de dispositivo de enfriamiento rápido Polar Roller
1.3 PLANTEAMIENTO DE LA NECESIDAD Y EL PROBLEMA
Al querer integrar el concepto de Polar Roller como producto Mabe, surgen varias
inquietudes en cuestión de deseabilidad para el usuario, factibilidad de tecnología y viabilidad
29
como negocio. Todas estas incertidumbres buscan ser analizadas, respondidas para proponer
alternativas y soluciones que generen un producto para enfriamiento rápido de bebidas y alimentos.
El principal problema para Mabe es lograr entender al usuario, encontrar las áreas de
oportunidad alrededor del enfriamiento rápido y diseñar en base al usuario, cumpliendo así con su
misión: “Ser una gran familia dedicada a brindar soluciones prácticas para el bienestar de los
hogares del mundo” (Misión Corporativa Mabe).
Mabe como empresa líder en desarrollo de electrodomésticos y productos busca innovar
constantemente y brindar soluciones prácticas para satisfacer las necesidades de los usuarios. He
aquí donde nace la necesidad de responder la principal pregunta: ¿Dónde está el valor de un
enfriamiento rápido? ¿Cómo se puede diseñar un producto que satisfaga las necesidades reales del
usuario, en cuestión de enfriamiento rápido?
Se busca responder estas inquietudes y resolver los problemas de los usuarios que utilizan
el enfriamiento rápido de bebidas y alimentos, problema que ha sido largamente estudiado con el
paso de los años. Puesto que todos los productos existentes no han brindado soluciones efectivas
para el usuario, al contrario ha complicado más este proceso, afectando factores como: tiempo,
espacio, capacidad, desperdicio de recursos, inconformidad y malestares, llegando en ciertos casos
a afectar la salud de ciertos usuarios.
1.4 OBJETIVOS
1.4.1 OBJETIVO GENERAL
Proponer el concepto de diseño en 3D de un nuevo producto para enfriamiento rápido de
bebidas, utilizando tecnologías de refrigeración existentes en Mabe.
30
1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Identificar necesidades, patrones e insights en usuarios a través de la metodología design
thinking.
Detectar áreas de oportunidad para Mabe relacionadas a enfriamiento rápido (el área de
oportunidad a elegir para el desarrollo queda sujeta a criterio, evaluación y visto bueno
por parte de la empresa Mabe)
Desarrollar propuesta de concepto de producto o productos deseables y factibles para el
usuario con base en las necesidades, patrones e insights identificados.
Diseño en concepto 3D resuelto técnicamente y factiblemente manufacturable, para la
fabricación de un prototipo funcional.
1.5 JUSTIFICACIÓN
Con el presente proyecto se busca detectar nuevas áreas de oportunidad relacionadas al
enfriamiento rápido de alimentos y bebidas; “soluciones prácticas para hacer que un hogar
funcione” (manual claves inspiracionales Mabe, 2015).
Al encontrarnos en la búsqueda de mejoras la forma de vida del ser humano, se opta por
utilizar herramientas y metodologías que permitan entender al usuario en tiempo real, conocer su
estilo de vida, problemáticas, carencias, detectar necesidades, mismos patrones que se convierte
en insights, algo que las personas no sabían que sabían de sí mismos.
Esto llega a ser más que una posibilidad de diseño, es una explicación pragmática de cómo
los principios de diseño pueden ser embebidos dentro de una organización, dándole la oportunidad
de ideas valiosas previamente ocultas en la tradicional forma de trabajar.
31
Esto va más allá de ser un grupo de encuestas, que solo brindarán información subjetiva
de mercado, esto es entender al usuario como ser humano, empatizar con el mismo. Donde el
diseñador deja a un lado la idea del “yo creo” y diseña en función del aprendizaje que obtuvo al
sumergirse en la vida del usuario.
(D.school of Standford, 2014)
Con la utilización de la metodología design thinking, se pueden generar ideas innovadoras
que centran su eficacia en entender y dar solución a las necesidades reales de los usuarios; hacer
coincidir las necesidades de las personas con lo que es tecnológicamente factible y con una
estrategia viable de negocios, convirtiéndola en valor para el cliente, así como en una gran
oportunidad para el mercado.
Esta metodología tiene 5 pasos o fases claves:
Iniciando en una fase de empatía, donde se busca entender la necesidad principal de
enfriamiento rápido del usuario ¿dónde?, ¿cómo?, ¿cuándo? y ¿por qué? se quiere un enfriamiento
rápido, y a partir de qué punto surge esta necesidad.
Realizando una investigación al usuario profunda, tratando de entender su estilo de vida,
realizando un análisis etnográfico, antropológico, psicológico y muchas otras cosas que se puede
lograr a través de la empatía. Es decir, diseñar con base en el usuario.
Muchas de las veces es necesario entender a la persona desde una perspectiva
antropométrica, donde “encontrar el valor es inherente a la innovación genuina” (Augé y Colleyn,
2010), produciendo una mejora en la vida de las personas.
Continuando con la fase de definición, en donde se debe cribar la información recopilada
durante la fase de empatía y quedarse con lo que realmente aporta valor. Esto nos lleva al alcance
32
de nuevas perspectivas interesantes, definiendo oportunidades para diseñar nuevos productos en
base a los insights.
Mismos que “nacen al procesar y sintetizar la información y enfrentando el problema para
hacer conexiones y descubrir patrones racionales” (D.school of Standford, 2014). Identificando
problemas cuyas soluciones serán clave para la obtención de un producto de enfriamiento rápido
innovador, que supere los existentes en el mercado.
Siguiente la etapa de ideación donde el objetivo es la generación de un sinfín de opciones
e ideas retadoras. En esta fase, las actividades favorecen el pensamiento expansivo eliminando los
juicios de valor, siempre pensando en la parte factible y viable. Se busca trabajar con equipo
multidisciplinarios donde no se debe olvidar: “se crean soluciones sólo para la conveniencia del
cliente como un filtro en mente” (IDEO, 2015).
En la etapa de prototipado las ideas se vuelven realidad. Construyendo prototipos rápidos
que hacen las ideas palpables y ayudan a visualizar las posibles soluciones, mostrando los puntos
clave de mejora o refinamiento, antes de llegar al resultado final. Se entiende en un construir para
pensar, los prototipos son herramientas desechables utilizados en todo el proceso de desarrollo de
conceptos, tanto para validar ideas y ayudar a generar más ideas. Los prototipos son una poderosa
forma de comunicación y nos obligan a pensar en términos realistas acerca de cómo alguien podría
interactuar con el concepto, se usan para saber sobre sobre la conveniencia, utilidad, facilidad de
uso, viabilidad.
(IDEO, 2015).
Por último la fase de testeo, este paso consiste en “solicitar feedback y opiniones sobre los
prototipos que se han creado a base de la información obtenida por los usuarios” (D.school of
Standford, 2014, p09).
33
Aquí se valida con diferentes usuarios, el concepto o la idea de una posible solución, esta
fase es crucial y ayudará a identificar que mejoras se necesitan, que problemas existe alrededor
a ser resueltos, durante esta fase se evolucionarán las ideas hasta convertirlas en la solución
deseable y factible de un nuevo producto para enfriamiento rápido.
Cabe recalcar que en cada una de las etapas se busca que las soluciones deseables para el
usuario, sean factibles tecnológicamente a desarrollar o adoptar por la empresa y sean viables como
modelo de negocio Mabe y competitivas en el mercado.
Utilizando este tipo de metodología como herramienta para la generación de un nuevo
producto, se está ahorrando tiempo y dinero en la industria, puesto que se diseña en función de una
necesidad real y entendiendo al usuario “brindando soluciones prácticas para el bienestar de los
hogares del mundo” (Manual Recursos Humanos Mabe, 2012, p04). Se puede probar
anticipadamente la reacción del usuario y modificar la idea tempranamente, así evitando la
manufactura o fabricación de un producto que no será deseable para el usuario ni rentable para la
empresa.
1.6 BENEFICIOS ESPERADOS
Con el desarrollo del presente proyecto, se busca brindar soluciones prácticas que faciliten
la vida del ser humano, entender al usuario para encontrar áreas de oportunidades y generar la
propuesta en concepto de diseño de un dispositivo rápido, donde la propuesta de valor este bien
enfocada al usuario, todo esto en conjunto generará un producto que permita a la empresa Mabe,
ser líder en el mercado de electrodomésticos y línea blanca, donde el enfriamiento rápido satisfaga
y entienda las necesidades del usuario.
En lo personal, como estudiante de posgrados del Instituto Tecnológico de Estudios
Superiores Monterrey campus Querétaro y como profesional de la Ingeniería en Diseño Industrial,
34
busco adquirir nuevos conocimientos y experiencia en la generación de nuevos productos y
proyectos, siendo esto un aporte para el desarrollo e innovación de la industria mexicana.
35
2 MARCO TEÓRICO.
En el presente capítulo se muestran varios de los conocimientos esenciales requeridos
previamente para el desarrollo del proyecto. Mismos conocimientos que facilitaran cumplir con
los objetivos ya planteados, este capítulo aportará a la comprensión de nuevas herramientas para
el diseño de producto como lo es el design thinking, utilizando todo este conocimiento para cumplir
con la parte deseable del producto.
Adicional a esto facilitará la toma de decisiones en cuestión de qué tipo de tecnología de
enfriamiento es la ideal para aplicarla al nuevo producto, tecnología de refrigeración como ya
previamente se mencionó utilizada en Mabe, para lograr entender cuan factible es este producto.
Y todo lo relacionado a la parte viable del producto, como Mabe empresa y negocio. Toda
esta información sirve para mostrar en que fundamentos se basaron las diversas decisiones tomadas
tanto para la empresa, como para el diseñador del nuevo producto.
2.1 ¿QUÉ ES LA INNOVACIÓN?
El concepto de innovación ha evolucionado a través del tiempo, cambiando según la época
y las etapas, todo lo que se refiere a este término. Es el resultado de un trabajo de investigación,
análisis, desarrollo e implementación, todo con el objetivo de encontrar una solución a un
problema o el mejoramiento de algo.
36
Hace mucho tiempo se identificaba a la innovación solamente con la investigación de
nuevas soluciones tecnológicas. Actualmente se reconoce a la innovación de productos como una
innovación sistémica donde indica que " la innovación surge de complejas interacciones a largo
plazo entre muchos individuos " (Kotelnikov , sf) .
Hoy en día, en la mayoría de los casos, la innovación se refiere como la introducción de la
nueva tecnología en un producto o en su proceso de fabricación con el fin de mejorar su rendimiento
y facilidad de uso o para minimizar su costo ( Baglieri , 2003 ) .
A principio de 1990, gracias a la circulación de la teoría de la calidad total ( Deming , 1986;
Galgano , 1990; Womack , Jones, y Roos , 1991) , una nueva visión centrada en la satisfacción del
cliente surgió en la parte superior de la noción tecnológica para la innovación de productos . La
idea de que la innovación también puede ser el resultado de la nueva demanda del mercado se
estableció como resultado.
Originalmente, el management fue diseñado para un muy diferente conjunto de necesidades
de negocio: asegurando que las tareas repetitivas se completaron, mejorando la eficiencia
económica y el trabajo y maximizar productividad de la máquina. (Idris Mootee)
Hoy esas necesidades son muy diferentes, debido a que estamos frente a una crisis. En
realidad, nos enfrentamos a muchas crisis, como la competencia, economía, tecnología de punta,
trabajo la creación, el desarrollo social y la sostenibilidad. (Idris Mootee)
La natural crisis de recursos es, sin duda, más apremiante que la crisis económica. Y es
cada vez peor en la medida que las poblaciones y su nivel de consumo siga creciendo más rápido
que la innovación humana y tecnológica, donde se puede encontrar formas de ampliar lo que se
puede extraer o producidos en el mundo natural. (Idris Mootee)
37
2.1.1 INNOVACIÓN EN FUNCIÓN DEL USUARIO
El mundo cada vez es más complejo y difícil de interpretar. Múltiples esfuerzos
tecnológicos, controlados y competitivos actúan en un determinado contexto para dar forma a las
reglas de lo que es posible y probable. El descubrimiento de las más valiosas oportunidades
innovadoras es un reto cada vez más complicado de lograr, especialmente aquellos que utilizan las
herramientas tradicionales.
(Idris Mootee)
Cuando nos encontramos en la búsqueda de la innovación, la mayoría de la gente asume
equivocadamente que simplemente se está buscando generar una gran idea. La necesidad por
parte de las empresas, en ofrecer productos y servicios que aporten a sus clientes un valor agregado,
cada vez es mayor, buscando que esto sea a un precio más competitivo. Tal y como lo define el
profesor von Hippel (2005) “a una evidente democratización de la innovación”.
Por esta razón y ante la incapacidad de poder incorporar en una única organización los
conocimientos y recursos necesarios, para ofrecer de manera continua los planteamientos
diferenciales al mercado y la incorporación de terceras partes en el desarrollo de proyectos de
innovación, está pasando de ser una opción a una necesidad. (Open Baquet).
La gente que es buena en la innovación, se centran en la creación de productos y servicios
donde el eje central es el ser humano, pero el proceso en sí también debe ser profundamente
humano. Es decir, tener una innovación abierta centrada completamente en el usuario.
Cuando hablamos de tipos de usuarios es importante tener claro los matices que los hacen
diferentes uno del otro, si lo que se pretende es tener los canales abiertos desde las empresas para
que la participación sea eficiente (Open Baquet).
38
El pensamiento de diseño se basa en nuestra capacidad de ser intuitivos, para reconocer
patrones y construir ideas que tengan significado emocional, además de ser funcional; poder
expresar a nosotros mismos no solo en palabras o símbolos de los medios. Nadie quiere dirigir una
organización en el sentimiento, la intuición y la inspiración, pero un exceso de confianza en lo
racional y lo analítico puede ser tan arriesgado.
(TIM BROWN AND JOCELYN WYATT)
2.2 LAS PREMISAS DEL PROCESO CREATIVO EN FUNCIÓN DEL
USUARIO
La pregunta esencial es ¿Por qué hacer un diseño centrado en el ser humano? Debido a que
puede ayudar a su organización a conectar mejor con las personas que se quiere servir, se puede
transformar los datos en ideas viables ayudando a ver nuevas oportunidades. Puede ayudar a
aumentar la velocidad y la eficacia de crear nuevas soluciones. (IDEO, 2015).
El diseño busca necesidades o problemas en los usuarios de un servicio o producto, para
encontrar soluciones a dichos problemas mediante una aproximación que ha ido evolucionando
con el tiempo y que tiene como característica principal la de ser centrada en el usuario. Esto
significa que busca comprender las necesidades de quien lo utiliza y de los diversos grupos de
interés para entregar una solución que sea apropiada desde el punto de vista tecnológico, operativo,
y que satisfaga las necesidades del usuario final (Felipe Jiménez Cano).
Para iniciar con este proceso es necesario tener ciertas bases fundamentales y criterios de
diseño como son:
Enfócate en valores humanos
Tener empatía por las personas para las cuales se está diseñando y la retroalimentación de
estos usuarios es fundamental para lograr un buen diseño. (D.school of Standford, 2014)
39
No lo digas, muéstralo
Comunica tu visión de una manera significativa e impactante creando experiencias, usando
visuales ilustrativas y contando buenas historias. (D.school of Standford, 2014)
Colaboración radical
Junta equipos de personas de variadas disciplinas y puntos de vista. La diversidad permite
salir a la luz ideas radicales. (D.school of Standford, 2014)
Estar consciente del proceso
Tener claro el proceso de diseño y saber qué métodos se utilizan en cada fase. (D.school of
Standford, 2014)
Cultura de prototipos
Hacer prototipos no es simplemente una manera de validar las ideas; es una parte integral
del proceso de innovación. (D.school of Standford, 2014)
Incita a la acción
No nos confundamos con el nombre ya que no se trata de pensar sino que de hacer. Del
pensar a la acción. (D.school of Standford, 2014)
2.3 METODOLOGÍA DE DISEÑO DESIGN THINKING
Design Thinking es una metodología para generar ideas innovadoras que centra su eficacia
en entender y dar solución a las necesidades reales de los usuarios. Proviene de la forma en la que
trabajan los diseñadores de producto como se muestra en la Figura 11, aunque nosotros preferimos
hacerlo como "La forma en la que piensan los diseñadores"(Charles Burnette).
40
Figura 11. Proceso Design Thinking
Se empezó a desarrollar de forma teórica en la Universidad de Stanford en California
(EEUU) a partir de los años 70, y su primera aplicabilidad con fines lucrativos como Design
Thinking la llevó a cabo la consultoría de diseño IDEO, siendo hoy en día su principal precursora.
Según Tim Brown, actual CEO de IDEO y como se puede ver en la Figura 12, el Design
Thinking “Es una disciplina que usa la sensibilidad y métodos de los diseñadores para hacer
coincidir las necesidades de las personas con lo que es tecnológicamente factible y con lo que una
estrategia viable de negocios puede convertir en valor para el cliente”.
Figura 12. Factores importantes Metodología Design Thinking
41
Design Thinking es el buscar un equilibrio mágico entre negocio y el arte, la estructura y el
caos, la intuición y la lógica, concepto y ejecución, la alegría y la formalidad, controlar y
empoderamiento. Es un marco para el enfoque a la innovación estratégica, centrado en la
humanidad y un nuevo paradigma de gestión para la creación de valor en un mundo que cambia
radicalmente las redes y perturba la tecnología. (Idris Mootee)
Como se muestra en la Figura 13 El Design Thinking tiene cinco pasos elementales:
Figura 13. Procesos de la Metodología Design Thinking
“Para crear innovaciones significativas necesitas conocer a tus usuarios y preocuparte de
sus vidas” (Enyiris, 2015)
2.3.1 EMPATÍA
Empatía es la base del proceso de diseño que está centrado en las personas y los usuarios
implicados en la solución que estemos desarrollando, y también de su entorno. (D.school of
Standford, 2014).
La comprensión del usuario es el primer paso para entender al cliente y otros actores críticos
de manera màs amplia y profunda. Esto ayuda a replantear el reto de negocios totlamente a través
de los ojos del usuario final y establecer un contexto humano para la innovación y creación de
valor. (Lockwood, 2010)
42
La empatía como se ve en la Figura 14 es el elemento esencial del proceso de diseño.
Entras en un modo, en un estado de observación que es el modo empatía. Que es básicamente el
trabajo que haces para entender a los usuarios dentro del contexto del cual estás diseñando. Es el
esfuerzo por comprender las cosas que hacen y por qué, sus necesidades físicas y emocionales,
como conciben el mundo y que es significativo para ellos. Son las personas en acción las que
inspiran al diseñador y direccionan una idea una idea en particular. (D.school of Standford, 2014)
Figura 14. Etapa empatía de la Metodología Design Thinking
A esta etapa se le llama “immerse” ya que el diseñador debe hundirse en un mar de
aprendizaje e interpretar que siente el usuario como se ve en la Figura 15
Figura 15. Cada usuario es un universo
43
Lo básico para ser empático es:
- Observar: Mira a los usuarios y sus comportamientos en el contexto de sus vidas.
Debemos siempre tratar de observar desde el exterior sin entrometerse, las mejores ideas vienen en
estas situaciones así.
- Involúcrate: Generar una conversación, esta puede ser desde una pregunta de pasillo,
breve o una conversación más estructurada. Prepara algunas preguntas para ir manejando la
conversación siempre manteniendo levemente estructurada.
Lo importante es siempre preguntar “¿Por qué?” ya que eso descubre nuevos significados,
preguntar una y dos veces si es necesario ¿Por qué? ¿Por qué?
- Mira y Escucha: Lo mejor siempre es combinar estas dos, la conversación y el
compromiso. Pídele también que te explique cómo hace algunas cosas y que vaya vocalizando lo
que pasa por su mente cuando esté en su trabajo. Ten una conversación mientras trabaja y esté en
su contexto, durante esta investigación es importante tener la mirada de un etnógrafo, que observa
y participa en la comunidad que investiga.
Como diseñador, los problemas que tratas de resolver no son los tuyos, son problemas de
otras personas. Para diseñar para estas personas debes adquirir la empatía por lo que ellos son como
personas y lo que es importante para ellos.
2.3.2 DEFINE
Después de pasar tiempo en el campo de la observación y hacer la investigación del diseño,
un equipo pasa por un proceso de síntesis en donde se destilan lo que vieron y oyeron en ideas que
puede conducir a soluciones u oportunidades para el cambio. Este enfoque ayuda a que las opciones
se multiplican para crear opciones y diferentes conocimientos sobre el comportamiento humano.
(WYATT B. T., 2010)
44
Se busca clarificar y concretar el problema que vamos a abordar de manera que sea
significativo y que podamos diseñar soluciones viables. La definición del problema es fundamental
para que el proceso de diseño tenga éxito (Frías, 2013).
El marco estratégico de cuestiones complejas y ambiguas requiere un enfoque libre de
dogmas organizativos, limitaciones codificadas, y supuestos viejos. Una gran parte del proceso de
pensamiento de diseño está intensificando fuera de los roles convencionales y escapar de los
dogmas existentes para explorar nueva enfoques para la resolución de problemas. (Mootee, 2013)
Este modo “definición” es todo sobre traer claridad y enfoque al espacio de diseño en que
se definen y redefinen los conceptos. Es preciso determinar bien el desafío del proyecto basado en
lo aprendido del usuario y su contexto. Después de transformarse en un experto instantáneo del
problema adquiriendo una empatía invaluable por la persona de la cual estás diseñando, esta etapa
es sobre crear coherencia sobre la variada información que se ha reunido. (D.school of Standford,
2014)
El modo definición es crítico para el proceso de diseño, debido a que la meta de esta etapa
es maquetar un “Point of View” (POV), como se muestra en la Figura 16. Significa crear una
declaración de problema viable y significativo, que será guía para enfocarse de mejor manera a un
usuario en particular.
Figura 16. Etapa define de la Metodología Design Thinking
45
Los insights no aparecen de la nada y repentinamente como por arte de magia. Estos insights
nacen al procesar y sintetizar la información, enfrentando el problema para hacer conexiones y
descubrir patrones racionales.
2.3.1.1 ¿QUÉ ES UN INSIGHT?
La palabra insight significa adquisición de un conocimiento nuevo de una visión interna
(“hacia adentro”) más profunda respecto de algo que era antes inaccesible, y que se vive con
novedad por quien la experimenta. (Cosmelli, 2008).
También puede definirse como un “destello de consciencia”, un “¡Eureka!” en el que el
sujeto "capta" e "internaliza" una verdad revelada que trasciende su propio estado de consciencia,
su propio ser. Es una comprensión súbita de una situación o problema y puede ocurrir
inesperadamente, luego de un trabajo profundo, simbólicamente, o mediante el empleo de diversas
técnicas afines. (Sendra, 2012)
2.3.3 IDEAR
No es sobre tener la idea correcta, es sobre el crear la mayor cantidad de posibilidades.
Como se muestra en la Figura 17 aquí empieza el proceso de diseño y la generación de múltiples
ideas. Esta etapa se entrega los conceptos y los recursos para hacer prototipos y crear soluciones
innovadoras. Todas las ideas son válidas y se combina todo desde el pensamiento inconsciente y
consciente, pensamientos racionales y la imaginación. (D.school of Standford, 2014)
Es un espacio para desarrollar brainstorm (lluvia de ideas) y construir ideas sobre previas
ideas. En esta etapa se conciben una gran cantidad de ideas que dan muchas alternativas de donde
elegir como posibles soluciones en vez de encontrar una sola mejor solución. También se puede
trabajar con métodos como croquis, mindmaps, prototipos y storyboards (guión gráfico) para
explicar la idea de la mejor manera. (D.school of Standford, 2014)
46
Figura 17. Etapa ideación de la Metodología Design Thinking
Para lograr el pensamiento divergente, es importante tener un diverso grupo de personas
involucradas en el proceso así como se ve en la Figura 18. Un equipo multidisciplinario como:
diseñadores, especialistas en sistemas de manufactura, gente con conocimiento en psicología,
artistas con MBAs, o ingenieros con la experiencia en comercialización, a menudo demuestran esta
calidad. Son gente con la capacidad y la disposición para la colaboración a través de diferentes
disciplinas. (WYATT B. T., 2010)
Figura 18. Trabajo con equipo multidisciplinario
47
Equipos interdisciplinarios normalmente se mueven en una estructurada de proceso de
intercambio de ideas. Tomando una pregunta provocativa en un tiempo, el grupo puede generar
cientos de ideas que van desde lo absurdo a lo obvio. Cada idea se puede escribir en un post-it
observar y compartido con el equipo. Así como se muestra en la Figura 19, las representaciones
visuales animan a los conceptos, ya que por lo general ayuda a los demás comprender ideas
complejas. (WYATT B. T., 2010)
Figura 19. Bocetaje rápido para expresar ideas
2.3.3 PROTOTIPAR
Construir para pensar y evaluar para aprender, el modo “prototipos” como se ve en la
Figura 20 es la generación de elementos informativos como dibujos, artefactos y objetos con la
intención de responder preguntas que nos acerquen a la solución final. No necesariamente debe ser
un objeto, sino cualquier cosa con que se pueda interactuar. Puede ser un post-it, un cartón doblado
o una actividad e incluso un storyboard. (D.school of Standford, 2014)
48
Figura 20. Etapa prototipado de la Metodología Design Thinking
Idealmente debe ser algo con que el usuario pueda trabajar y experimentar. Es un proceso
de mejora. En las fases iniciales de cada proyecto puede ser un poco amplio y el prototipado debe
ser de manera rápida y barata de hacer, pero que puedan entregar tema para debatir y recibir
feedback de usuarios y colegas. (D.school of Standford, 2014)
A través de la creación de prototipos, el proceso de pensamiento de diseño busca descubrir
desafíos de implementación imprevistos y no deseados consecuencias a fin de tener más fiable a
largo plazo el éxito. Prototipado es particularmente importante para los productos y los servicios
destinados a los países en desarrollo, donde falta de infraestructura, cadenas de distribución, redes
de comunicación, alfabetización, y otras piezas esenciales del sistema a menudo hacen que sea
difícil para diseñar nuevos productos y servicios. (Mootee, 2013)
Después de que el proceso de creación de prototipos es terminado y lo último producto o
servicio ha sido creado, el equipo de diseño ayuda crear una estrategia de comunicación. Contar
una historia, sobre todo a través de multimedia, ayuda a comunicar la solución a un conjunto
diverso de partes interesadas dentro y fuera de la organización, sobre todo a través de las barreras
lingüísticas y culturales. (WYATT B. T., 2010)
49
Figura 21. Maquetado rápido
Como ejemplo en la Figura 21 muestra como el proceso se va refinando mientras el
proyecto avanza y los prototipos van mostrando más características como funcionales, formales y
de uso. Prototipos rápidos proporcionan un modelo para cambio que puede ser tan detallado como
sea necesario, que conduce a un estado futuro claro con bases, hitos y avances transparentes.
(D.school of Standford, 2014)
Tanto si se trata de diseñar un producto, un servicio, o una nueva forma de trabajar dentro
de una empresa, esto se traduce en un aumento de la previsibilidad. (WYATT B. T., 2010)
Es importante que los líderes apoyen una cultura de creación de prototipos con recursos
para crear, por ejemplo en la Figura 22 se muestra que espacios, talleres o laboratorios para la
fabricación de cosas con herramientas sencillas, son necesarios y materiales básicos tal como papel,
marcadores, espuma, arcilla, cartón, la cinta, e incluso asistido por ordenador impresoras de diseño
(CAD) de software o 3-D. (Mootee, 2013)
50
Figura 22. Prototipar
No hay necesidad de invertir mucho dinero, simplemente demostrar un compromiso con la
creación de prototipos y la voluntad de fomentar la y apoyar de una manera tangible. En adición,
sesiones de formación que introducen específica técnicas y procesos se pueden adoptar para ayudar
a mejorar habilidades existentes y la calidad de los prototipos. (Mootee, 2013)
2.3.3 EVALUAR
Evaluar te da la oportunidad para aprender sobre los usuarios y las posibles soluciones. Este
paso como se muestra en la Figura 23 consiste en solicitar feedback y opiniones sobre los
prototipos que se han creado de los mismos usuarios y colegas además de ser otra oportunidad para
ganar empatía por las personas de las cuales estas diseñando de otra manera. (D.school of
Standford, 2014)
Una buena regla es siempre hacer un prototipo creyendo que estamos en lo correcto, pero
debemos evaluar pensando que estamos equivocados. Esta es la oportunidad para refinar las
soluciones y poder mejorarlas. Idealmente se debe evaluar y testear en el contexto mismo del
usuario. (D.school of Standford, 2014)
51
Figura 23. Etapa Evaluar de la Metodología Design Thinking
2.3.3.1 ¿POR QUÉ EVALUAR?
Para refinar prototipos y soluciones como se muestra en la Figura 24, informa los
siguientes pasos y ayuda a iterar, lo que algunas veces significa volver a la mesa de dibujo, aquí
aprendemos más sobre el usuario. Es otra oportunidad para crear empatía a través de observaciones
y compromisos, muchas veces entrega inesperados insights. (D.school of Standford, 2014)
Para refinar los Point of View. Algunas veces la evaluación revela que no sólo nos
equivocamos en la solución, también en enmarcar bien el problema. (D.school of Standford, 2014)
Figura 24. Evaluar
52
2.3.3.2 ¿CÓMO EVALUAR?
No lo digas, muéstralo: Dale a los usuarios tus prototipos sin explicar nada, deja que la
persona interprete el objeto y observa tanto el uso como el mal uso de lo que le entregas y cómo
interactúan con él, posteriormente escucha todo lo que tengan que decir al respecto y responde las
preguntas que tengan. (D.school of Standford, 2014)
Crea Experiencias: No es suficiente solo entregarles el objeto, lo ideal es crear el ambiente
y recrear la experiencia para tener una visión más acabada del contexto.
Pídele al usuario que compare: Esto es, entregarle distintos prototipos para probar
dándole al usuario una base para poder comparar, esto revela necesidades potenciales. (D.school
of Standford, 2014)
2.4 CALOR Y TEMPERATURA
La temperatura es una magnitud física que se refiere a la sensación de frío o caliente al tocar
alguna sustancia. En cambio, el calor es una transferencia de energía de una parte a otra de un
cuerpo, o entre diferentes cuerpos, producida por una diferencia de temperatura.
El calor es energía en tránsito: siempre fluye de una zona de mayor temperatura a otra de
menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la zona más fría y reduce la de la zona más
cálida, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante. (University of Alaska -
Anchorage, 2011)
La energía no fluye desde un objeto de temperatura baja a otro de temperatura alta si no se
realiza trabajo. La materia está formada por átomos o moléculas que están en constante
movimiento, por lo tanto tienen energía de posición o potencial y energía de movimiento o cinética.
Los continuos choques entre los átomos o moléculas transforman parte de la energía cinética en
calor, cambiando la temperatura del cuerpo. (University of Alaska - Anchorage, 2011)
53
La transferencia de calor se puede realizar por tres mecanismos físicos: conducción,
convección y radiación, mismos que se ilustran en la Figura 25
Figura 25. Mecanismos de transferencia de calor
2.4.1 TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN
La conducción como se muestra en la Figura 26, es el mecanismo de transferencia de calor
en escala atómica a través de la materia por actividad molecular, por el choque de unas moléculas
con otras, donde las partículas más energéticas le entregan energía a las menos energéticas,
produciéndose un flujo de calor desde las temperaturas más altas a las más bajas. Los mejores
conductores de calor son los metales.
Figura 26. Transferencia de calor por conducción
54
El aire es un mal conductor del calor. Los objetos malos conductores como el aire o
plásticos se llaman aislantes, la conducción de calor sólo ocurre si hay diferencias de temperatura
entre dos partes del medio conductor. (University of Alaska - Anchorage, 2011)
La conducción de calor sólo ocurre si hay diferencias de temperatura entre dos partes del
medio conductor. Para un volumen de espesor dx, con área de sección transversal A y cuyas caras
opuestas se encuentran a diferentes T1 y T2, con T2 > T1, como se muestra en la Ecuación 1, se
encuentra que el calor dQ es transferido en un tiempo dt que fluye del extremo caliente al frío.
𝐻 =𝑑𝑄
𝑑𝑡= −𝑘𝐴
𝑑𝑇
𝑑𝑥
Ecuación 1. Calor transferido por unidad de tiempo
Si se llama H (en Watts) al calor transferido por unidad de tiempo, la rapidez de
transferencia de calor H = dQ/dt, está dada por la ley de la conducción de calor de Fourier y donde
k (en W/mK) se llama conductividad térmica del material, magnitud que representa la capacidad
con la cual la sustancia conduce calor y produce la consiguiente variación de temperatura; y dT/dx
es el gradiente de temperatura. (University of Alaska - Anchorage, 2011)
2.4.2 TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN
La convección es el proceso de transferencia de calor que interviene cuando entran en
contacto un fluido y un sólido. El fluido puede moverse sobre la superficie impulsado por una
fuerza externa (por ejemplo un ventilador) en cuyo caso se trata de una convección forzada, o puede
simplemente alejarse de la superficie impulsado por una diferencia de presiones, en cuyo caso se
trata de la convección natural. (Instituto de Física – Facultad de Ingeniería – Universidad de la
República , 2012)
En la naturaleza, la mayor parte del calor ganado por la atmósfera por conducción y
radiación cerca de la superficie, es transportado a otras capas o niveles de la atmósfera por
55
convección. Un modelo de transferencia de calor H por convección, llamado ley de enfriamiento
de Newton, la siguiente Ecuación 2:
𝐻 = ℎ ∗ 𝐴(𝑇𝐴 − 𝑇)
Ecuación 2. Calor transferido por unidad de tiempo
Donde h se llama coeficiente de convección, en W/(m2K), A es la superficie que entrega
calor con una temperatura TA al fluido adyacente, que se encuentra a una temperatura T, como se
muestra en el esquema de la Figura 28. (University of Alaska - Anchorage, 2011)
Figura 28 Proceso de convección
Tanto en la convección forzada como en la natural, actúan dos mecanismos. Suponiendo
que el sólido está a mayor temperatura que el fluido el mecanismo que se observa en la interface
entre ambos es el de conducción. Las moléculas de la superficie sólida transmiten energía cinética
a las moléculas del fluido que se encuentran cerca de la interface así:
2.4.2.1 CONVECCIÓN FORZADA - ANÁLISIS CUALITATIVO
En la Figura 29 se observa una superficie a temperatura Ts > T
∞ por encima de la cual circula
una corriente de aire provocada por un ventilador que no se dibuja y que le imprime velocidad u∞,
paralela a la superficie. Debido a la viscosidad del aire, la corriente al ingresar a la zona donde está la
56
superficie no puede tener la velocidad u
∞ en toda la región puesto que, particularmente sobre la
superficie y al estar ésta quieta, la velocidad del aire también debe ser nula. (Instituto de Física –
Facultad de Ingeniería – Universidad de la República , 2012)
Del mismo modo, si la temperatura del aire es T∞
en regiones alejadas de la superficie, esta
temperatura no puede mantenerse en regiones cercanas a la superficie donde la temperatura es Ts > T∞.
Figura 29 Proceso de convección
Estas condiciones de borde, impuestas por la presencia de la superficie a enfriar generan
una zona llamada capa límite, entre la superficie y una línea imaginaria donde se conoce que la
velocidad y la temperatura del fluido coinciden con u∞ y T∞, respectivamente. (University of Alaska
- Anchorage, 2011)
2.4.2.2 CONVECCIÓN NATURAL
Aun cuando no existe una fuerza externa que imprima una velocidad al fluido, puede observarse un
gradiente de temperaturas cerca de la superficie que se encuentra a temperatura Ts
> T∞, de
similares características al descrito en la sección anterior. A través de la definición de coeficiente
de dilatación térmica del fluido, puede observarse que la densidad del fluido (ρ = 1/ ) disminuye
57
con el aumento de la temperatura porque el coeficiente β es siempre positivo, como se muestra en
la Ecuación 3:
𝛽 =1
𝑣∗
𝑑𝑣
𝑑𝑇∫ 𝑝 = −
1
𝑝∗
𝑑𝑝
𝑑𝑇∫ 𝑝 ≅ −
1
𝑣∗
△ 𝑝
△ 𝑇∫ 𝑝 =
1
𝑝(
𝑝∞ − 𝑝
𝑇 − 𝑇∞)
Ecuación 3. Convección natural
Donde ρ∞
es la densidad del fluido que se encuentra lejos de la superficie y está a
temperatura T∞, mientras ρ es la densidad del fluido a otra temperatura T, en algún punto de la
región cercana a la superficie.
2.4.3 TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN
La radiación térmica como se muestra en la Figura 30, es energía emitida por la materia
que se encuentra a una temperatura dada, se produce directamente desde la fuente hacia afuera en
todas las direcciones. Esta energía es producida por los cambios en las configuraciones electrónicas
de los átomos o moléculas constitutivos y transportada por ondas electromagnéticas o fotones, por
lo recibe el nombre de radiación electromagnética. (University of Alaska - Anchorage, 2011)
Figura 31. Transferencia de calor por radiación
La masa en reposo de un fotón (que significa luz) es idénticamente nula. Por lo tanto,
atendiendo a relatividad especial, un fotón viaja a la velocidad de la luz y no se puede mantener en
reposo (la trayectoria descrita por un fotón se llama rayo). La radiación electromagnética es una
combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes y perpendiculares entre sí, que se
58
propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro. (University of Alaska -
Anchorage, 2011)
Los fotones son emitidos o absorbidos por la materia. La longitud de onda de la radiación
está relacionada con la energía de los fotones, por una ecuación desarrollada por Planck, donde h
se llama constante de Planck, su valor es h = 6,63 x 10-34 Js, como se muestra en la Ecuación 4:
𝐸 =ℎ𝑐
𝜆
Ecuación 4. Ecuación desarrollada por Planck
2.4.3.1 ESPECTRO DE RADIACIÓN
Atendiendo a su longitud de onda, la radiación electromagnética recibe diferentes nombres,
y varía desde los energéticos rayos gamma, con una longitud de onda muy corta del orden de
picómetros (frecuencias muy altas) hasta las ondas de radio con longitudes de onda muy largas del
orden de kilómetros (frecuencias muy bajas), pasando por la luz visible, cuya longitud de onda está
en el rango de las décimas de micrómetro, como se muestra en la Figura 32:
Figura 32. Espectro electromagnético y región visible (inferior).
59
3 ESTADO DEL ARTE.
Se realizó un estudio y análisis de comportamiento de usuario en relación al enfriamiento
rápido, para detectar los insights alrededor del mismo, donde se llegó a comprender como hoy en
día solucionan esta necesidad de manera artesanal o automática, utilizando diferentes tipos de
herramientas que permitan entender al usuario.
Adicional a esto, un estudio de patentes para identificar cuáles son las tecnologías de
enfriamiento que actualmente utiliza la competencia o por Mabe. Esto ayuda a identificar hacia
donde van las tendencias de tecnología en cuestión de enfriamiento rápido y para conocer hasta
donde han llegado el desarrollado de las mismas.
3.1 MÉTODOS DE ENFRIAMIENTO REALIZADOS POR EL USUARIO
3.1.1 MÉTODOS MANUALES DE ENFRIAMIENTO RÁPIDO EN BEBIDAS
En la actualidad el usuario relacionado al enfriamiento rápido de bebidas en restaurantes,
bares y hogar se han encontrado con la necesidad de resolverlo de manera breve, solucionándolo
como se muestra en la Figura 33:
Usando un poco de hielo y sal para enfriar las bebidas en tan sólo unos minutos.
60
Figura 33. Método manual enfriamiento rápido
En un recipiente se ponen los hielos, añadiendo una cucharada sopera de sal y, a
continuación, se mete dentro uno de los refrescos o bebida. Tan sólo habrá que dar un par de vueltas
a la lata para que la sal se disuelva y esperar dos minutos, la temperatura ambiente a la que se
encuentra de 21°C baja a 6°C.
La segunda ley de la termodinámica establece que “dos sustancias con diferentes
temperaturas alcanzan el equilibrio térmico entre ellas”. Química pura y dura. La mezcla de la sal
y el agua produce una reacción endotérmica –que absorbe energía– de tal forma que, una vez
disuelta, la sal absorberá el calor de la lata de tal forma que el frío de los hielos pasará más rápido al
recipiente que está a temperatura ambiente en cuestión de 5 minutos como se muestra en la Figura
34:
Figura 34. Reducción temperatura método manual bebida
Sin embargo al tratar de enfriar más de una bebida, y tomando en cuenta que el tiempo que
se requiere para preparar los hielos o conseguirlo, se toma un promedio de 20 minutos
61
3.1.2 MÉTODOS MANUALES DE ENFRIAMIENTO RÁPIDO EN ALIMENTOS
Al hablar de enfriamiento de alimentos de forma manual y con métodos manuales, se trata
de bajar la temperatura de 57°C a 2°C, donde se requiere mayor cantidad de hielo y mayor tiempo
para lograr esa temperatura.
El Código de alimentos exige que todos los alimentos cocidos, que no se preparan para ser
servidos de inmediato, se deben enfriar tan pronto como sea posible, esto para eliminar la
posibilidad de desarrollo de bacterias.
Este código trata de “el dejar los alimentos fuera por mucho tiempo a temperatura ambiental
puede causar que las bacterias (tales como Staphylococcus aureus, Salmonella Enteritidis,
Escherichia coli O157:H7 y Campylobacter) crezcan a niveles peligrosos que pueden causar
enfermedades. Las bacterias crecen rápidamente en un rango de temperatura entre los 40 °F (4.4
°C) y los 140 °F (60 °C)” (Agricultura, 2014)
Duplicándose en número aún en 20 minutos. Este rango de temperaturas es conocido como
“La Zona de Peligro”, Hay dos métodos para enfriar alimentos potencialmente peligrosos: el
método de dos etapas (preferible) y el método de una etapa.
• El método de dos etapas reduce la temperatura interna de los alimentos cocidos en dos
pasos. El primer paso es reducir la temperatura de 135 ºF (57.2 ºC) a 70 ºF (21.1 ºC) dentro de las
dos horas de preparación y de 70 ºF (21.1 ºC) a 41 ºF (5 ºC) o más frío dentro de un período
adicional de cuatro horas. El tiempo total de enfriamiento no podrá exceder nunca las seis horas.
• El método de una etapa está diseñado para reducir la temperatura interna de los
alimentos cocidos de 135 ºF (57.5 ºC) a 41 ºF (5 ºC) o más frío dentro de las cuatro horas de su
preparación. Este método sólo debe usarse si los alimentos fueron preparados con ingredientes a
temperatura ambiente, tal como alimentos reconstituidos y atún enlatado. (Florida, 2011)
62
Los métodos que hasta ahora con dificultan han aportado para enfriar los alimentos cocidos
rápidamente con menor generación de bacterias son los siguientes:
• El método Llano donde se separa la comida en pequeñas cantidades y se coloca en
envases llanos (no muy profundos) hechos de aluminio o acero inoxidable. Los envases no deben
ser más de 4 pulgadas de profundidad (para comidas más espesas no más de 2 pulgadas).
Colocando el envase en un baño de agua con hielo. Este baño puede prepararse en un
fregadero o recipiente grande lleno de hielo tres veces la cantidad de comida a enfriar, revolviendo
la comida cada 15 minutos. Una vez la comida llegue a 21ºC, se coloca la comida en un lugar
seguro en el refrigerador. No se debe cubrir la comida mientras se está enfriando hasta que llegue
a los 5°C, como se muestra en la Figura 35:
Figura 35. Método llano
• El método para sopas y caldos usando paletas de enfriamiento, se vacía el líquido
caliente en una olla grande y se revuelve cada 15 minutos con paletas de enfriamiento, se puede
usar paletas de enfriamiento adicionales para poder llegar a 21ºC dentro de 2 horas. Las paletas de
enfriamiento pueden dejarse dentro de la comida en una olla grande y luego guardar todo en el
63
refrigerador, periódicamente se revuelve la comida y se revisa la temperatura para asegurarse que
la comida llegue 5°C dentro de un total de 6 horas como se muestra en la Figura 36.
Figura 36. Método para sopas y caldos
3.1.3 MÉTODOS AUTOMÁTICOS DE ENFRIAMIENTO DE BEBIDAS
En el mercado existen diferentes tipos de productos que tratan de enfriar rápidamente las
bebidas, buscando satisfacer al usuario, pero muchos de ellos no han sabido identificar los puntos
clave o factores claves esenciales para el usuario en en lo referente al enfriamiento rápido de
bebidas.
En la Tabla 1 se muestra un extracto de varios documentos y un estudio de benchmarking
realizado a varios aparatos o electrodomésticos que, en promedio, enfrían rápidamente bebidas, los
cuales poseen características que servirán en el desarrollo y estudio de productos existentes en el
mercado actualmente.
Producto Características Inconvenientes
Usuario
Tipo de tecnología
Cooper Cooler Enfría rápidamente bebidas
calientes de 25 ° C a 6 ° C así:
Latas en 1 min
Si no se tiene
hielos
Sistema de
enfriamiento
Vortex con
64
Botellas en 3,5 min
Botellas de vino en 6 min.
Usa cubitos de hielo y agua.
Corto tiempo de instalación /
procedimiento y fácil de
mantener.
Portátil con adaptador DC /
inversor, es genial para
situaciones de portabilidad
como en puertas traseras,
barcos, vehículos
recreativos.
Tiene un enchufe de coche
de 12V.
suficientes no
funciona.
El uso de
hielos y agua.
Alcanza para 1
bebida por
tiempo.
trasferencia de
calor por
convección.
V-Tex
Enfría hasta dos latas de 150
ml y botellas de todos los
tipos
Tiene auto-refrigeración, no
necesita hielos, ni deshacerse
de los residuos del hielo
derretido.
Producto sólo
en concepto
aún no sale a la
venta.
-Rotación pulsada
de una bebida (el
método de arrancar
y parar para
derrumbar el
vórtice)
-La rotación
alrededor de dos
ejes (para
interrumpir el
vórtice sin parar el
giro)
-El algoritmo y el
proceso que cubre
las combinaciones
óptimas de
velocidad de giro
para ambas latas y
botellas (esto cubre
el proceso usando
cualquier aparato
alternativo para el
aparato descrito en
las dos primeras
patentes mostradas
en el aparatado
3.2.1.1, pág. 52.
65
-El tratamiento de
una bebida con luz
UV para eliminar
las bacterias
Chiller Stick
Tubo enfriador de acero
inoxidable, para beber hasta
30 minutos.
Estructura en aireador de
vino que permite sentir al
vino, por la liberación de sus
aromas y sabores
Vertedor bocado único para
el vino que gotea y
preservación gusto
Tapón BPA seguridad
gratuito para prevenir el vino
se escape de la botella
mientras vierte
Asegura una garantía de por
vida sin problemas
Gozan de
disfrutar el vino
al sabor ideal.
Es fácil de
limpiar y de
utilizar.
Tamaño:11.8 x
0.6 pulgada
Peso: 4.69 Oz.
Necesita
refrigeración por
30 min.
Transferencia de
calor por
conducción.
Vin Podium
Enfría desde 50 F / 11C en
tan sólo 7 minutos.
Caben botellas regulares
750ml y hasta el tamaño más
grande de 1.5L
Utiliza agua y hielos.
Si no se tiene
hielos
suficientes no
funciona.
El uso de
hielos y agua.
Alcanza para 1
bebida por
tiempo.
Transferencia de
calor por
convección
utilizado hielos y
agua.
LG Blast Chiller
Enfría una lata de cerveza o
refresco de hielo frío en tan
sólo 5 minutos.
La bebida se
agita mucho y
al abrir se
riega.
Transferencia de
calor por
convección
66
Se encuentra dentro del
interior del refrigerador,
utilizando la misma
tecnología de refrigeración
utilizando remolinos de aire
para enfriar.
Únicamente se
pueden enfriar
2 latas.
Espacio
permanente
dentro del
refrigerador
sólo para
bebidas
utilizado fluidos de
aire.
Whirlpool Quick Chill
Beverage Zone
Enfría varias latas o botellas,
es un espacio dedicado para
el enfriamiento de bebidas
dentro del refrigerador.
Se encuentra dentro del
interior del refrigerador,
utilizando la misma
tecnología de refrigeración,
utilizando remolinos de aire
para enfriar.
Ejecuta el compresor por 1
hora en la función de
enfriamiento rápido,
acelerando el proceso de
enfriamiento
Tarda
demasiado
tiempo para
enfriar bebidas,
no funciona
para
situaciones
emergentes.
Transferencia de
calor por
convección,
utilizado fluidos de
aire.
Tabla 1. Productos para enfriamiento rápido existentes en el mercado
3.1.4 MÉTODOS AUTOMÁTICOS DE ENFRIAMIENTO DE ALIMENTOS
En el mercado no existe ningún tipo de dispositivo que enfríe rápidamente los alimentos.
Lo existente son productos para alta cocina conocidos como abatidores de temperatura, que son
utilizados a nivel industrial y en negocios de preparación de alimentos. Son utilizados para reducir
tiempos en la preparación de platillos, evitar la descomposición de los alimentos perecederos o de
difícil almacenamiento, dando una pequeña solución a los obstáculos que hoy en día tiene la cocina.
En la Tabla 2 se muestra un extracto de varios documentos y un estudio de benchmarking
realizado a varios abatidores de temperatura, que enfrían en promedio rápidamente los alimentos
67
ya preparados, los cuales poseen características que servirán en el desarrollo y estudio de productos
existentes en el mercado actualmente.
Producto Características Inconvenientes
Usuario
Tipo de
tecnología
Infinity Afinox
Es un
asistente multifunción:
de frío a calor en un sólo
producto.
Cuenta con la ejecución de
ciclos automáticos o
manuales.
Tiene conectividad y control
en 360°.
Scanner con zona multipunto
de control de temperatura.
Es accesible
únicamente para
cocinas grades
por sus altos
costos y
ocupación de
grandes
espacios.
No existe un
electrodoméstico
que vaya
enfocado al
usuario del
hogar.
Transferencia de
calor por
convección,
utilizado fluidos
de aire.
Ciclo de abatimiento positivo
(+3ºC) o negativo (-18ºC).
Dimensiones:620x600x390
Bandejas H 65 mm 3 GN 2/3
Potencia eléctrica (w) 650
Potencia de compresor
(HP) 0,5
Voltaje 1x 230
Es accesible
únicamente para
cocinas grandes,
debido a su alto
costo.
Tiempos de
enfriamiento
muy largos.
Transferencia de
calor por
convección
utilizado fluidos
de aire.
Tabla 2. Productos para enfriamiento de alimentos calientes
El abatidor es un equipo que se utiliza para enfriar rápidamente los alimentos calientes, para
después colocar los productos en el refrigerador o en el congelador. Esta metodología permite
alargar la vida media de la comida, porque la velocidad de enfriamiento contrasta el crecimiento
68
de bacterias y organismos nocivos. Los abatidores también permiten "congelar" el producto (cocido
como crudo). La rapidez del tratamiento respeta la calidad de la comida y evita la formación de
micro cristales de hielo, conocidos como sinónimo de mala conservación.
3.2 TECNOLOGÍAS ACTUALMENTE UTILIZADAS PARA
ENFRIAMIENTO
3.2.1 MÉTODOS DE ENFRIAMIENTO PATENTADOS
A continuación se verán algunas de las patentes que se analizaron para identificar cuáles
son las tendencias o métodos que se tienen actualmente para el enfriamiento rápido. Esto será de
gran ayuda, pues se podrán observar las ventajas y desventajas de los diferentes métodos de
enfriamiento. El objetivo es tomar lo bueno de cada uno y adaptarlo a las necesidades de Mabe.
3.2.1.1 PATENTE US007343748B2 WHIRPOOL
Se patenta un dispositivo para contenedores que enfríen rápidamente en un refrigerador.
Incluye una porción de base, una porción de cuerpo exterior y un carro o eje central. La porción de
cuerpo exterior incluye una carcasa exterior que define una cavidad central. El carro incluye una
pared de soporte que define un receptáculo de artículo. La pared de soporte incluye una pluralidad
de aberturas que se abren al canal de aire.
Como se muestra en la Figura 37, el ventilador proporciona aire para refrigerar, el cual se
dirige a través del canal de aire en el carro. El motor es empleado para girar selectivamente el carro.
Un conjunto de rodillos, al menos uno de los cuales es impulsado por el motor, está apoyado en el
carro para girar con la fuerza del aire de refrigeración y para bajar rápidamente la temperatura del
contenedor. (US Patente nº US007343748B2, 2005)
69
Figura 37. PATENTE US007343748B2
Este método para enfriamiento es muy práctico, ya que a través de la transferencia de calor
por convección, se puede robar la energía rápidamente al interior del envase con líquido que está a
temperatura de 24°C aproximadamente. Al utilizar este sistema se puede lograr enfriar rápidamente
una bebida que está sellada y en este caso la patente habla de un fluido como aire frío. Si se utilizará
un fluido como el agua a bajas temperaturas, sería más rápido el enfriar el líquido interno.
3.2.1.2 PATENTE CN 103292541 A ELECTROLUX PROFESSIONAL
Esta patente trata de un dispositivo de congelación, que utiliza un método rápido para
desinfección en el dispositivo, esta invención comprende de una cámara configurada para contener
alimentos a ser enfriados.
Hay que señalar que los siguientes factores relativos a la expresión " la esterilización
(desinfectar) “, está destinado a mejorar la limpieza general de la cámara de enfriamiento del
sistema de refrigeración y ayudar a proteger la salud. En detalle, como el verbo se usa aquí
"esterilizar " o el término " esterilización" significa que el objeto de destino no es especialmente
para organismos (tales como microorganismos) forma contaminantes de vivir.
70
Es bien conocido para la desinfección "objeto" (es decir, para eliminar mohos, levaduras,
bacterias, esporas, y / o similares) es la forma más eficaz para que estos microorganismos sean
sometidos a la radiación ultravioleta, la luz ultravioleta pueden ser formada con cualquier
dispositivo encontrado en el mercado.
Como desinfectantes de varios tipos comunes se puede usar las lámparas UV, una de los
cuales es una lámpara de mercurio de baja presión.
Lámpara de mercurio de baja presión es generalmente ventajosa, debido a que sus bajos
requerimientos de energía en comparación con otros tipos de fuentes de luz UV, y el mercurio de
baja presión lámpara también tiene una salida relativamente alta UV.
Un aparato de refrigeración rápida ( 1 ) incluyendo al ser configurado para recibir / cámara
de enfriamiento rápido de alimentos congelados enfriada ( 3 ), el circuito de enfriamiento ( 6 ) ,
dicho circuito de enfriamiento comprende al menos un primer intercambiador de calor ( 8 ) ,
diseñado para ser el primero de calor cámara de enfriamiento intercambiador ( 3 ) de enfriamiento
/ congelación ; caracterizado porque el sistema de refrigeración comprende un sistema de
desinfección rápida ( 13 ), el sistema está configurado para desinfectar la cámara de enfriamiento
( 3 ) desinfección y que comprende: de descongelación del sistema ( 12 ) diseñado para ser el
primer intercambiador de calor ( 8 ) de descongelación ; al menos una fuente de UV ( 14 ) , que
está diseñado para ultravioleta irradiación de la cámara de enfriamiento ( 3 ) un espacio interno , y
un sistema de control ( 15 ) , configurado para controlar el sistema de descongelación ( 12 ) para
calentar el primer intercambiador de calor ( 8 ), estando dicha cámara de enfriamiento por el cual
71
( 3 ) a la temperatura de la fuente de UV ( 14 ) de la gama de temperatura de funcionamiento óptima
predeterminada, como se muestra en la Figura 38. (China Patente nº CN 103292541 A, 2013)
Figura 38. CN 103292541 A
Este tipo de idea es muy útil al querer incorporar al dispositivo de enfriamiento rápido de
bebidas y alimentos, ya que uno de los principales problemas es la relación de generación de
bacterias de los alimentos y la zona de peligro en la conservación de los mismos. Al utilizar luz
UV, nos puede ayudar a eliminar todas las bacterias de una manera sana y práctica.
3.2.1.3 PATENTE EP1848943 B1 CLAUDIO TONON
El dispositivo descrito es un enfriador para enfriar rápidamente y / o congelar alimentos,
está equipado con una puerta que cierra la cámara y la aísla, aplica una sonda para detectar la
temperatura de la comida que se está procesando dentro de la cámara. Por lo menos dos imanes se
prevén, uno estando asociado con la sonda y el otro con la pared interior de la puerta a fin de
permitir que la sonda sea de forma desmontable unido a la pared de la puerta antes mencionada.
El refrigerador está equipado con un sistema refrigeración poderosa, capaz de producir la
congelación rápida o enfriamiento, hasta el núcleo, de los productos alimenticios introducidos en
72
su cámara aislada. Con el fin de comprobar la temperatura alcanzada por la comida colocada en el
interior como los abatidores modernos que cuentan con una sonda de detección de temperatura.
Esta sonda se compone generalmente de una barra de metal con un extremo puntiagudo con
una cámara para una fácil inserción en la comida, y un mango hecho de silicona u otro material
plástico, a fin de permitir un fácil agarre de la sonda por el usuario, con un cable que está conectado
al mango y está diseñado para transmitir los datos de la sonda a la unidad de control del refrigerador
de la ráfaga, como se muestra en la Figura 39.
Figura 39. EP1848943 B1
La sonda es compatible, cuando no se inserta dentro de la comida, por medios de fijación
especiales que se proporcionan preferentemente en la pared interior de la puerta de congelación.
Este mecanismo de detección de temperatura para alimentos es muy útil pues sirve para
saber a qué temperatura se encuentra el interior del alimento. El inconveniente visto aquí es que el
cable interfiere frecuentemente con los sartenes cuando son introducidos o retirados de la cámara,
lo que dificulta la carga o descarga de los alimentos para ser procesados.
73
3.2.1.4 PATENTE US20060230765 A1 ANDREI FEDOROV, ROBERT
WADELL, STEPHANE LAUNAY
Este es un sistema que comprende la refrigeración por compresión de vapor asistido por un
tubo vortex (vórtice VCR):
El sistema vórtice VCR es el sistema que está en comunicación térmica con el evaporador
por el cual se elimina el calor del sistema, este sistema selecciona al menos uno de los siguientes:
un sistema de semiconductores, un sistema refrigerador, un sistema de congelador, un sistema de
aire acondicionado, y un sistema de licuefacción de gas.
En el sistema vórtice VCR comprende dos compresores, el primer compresor se coloca
después del evaporador y un segundo compresor se coloca después del primero y antes de que el
condensador, el primer compresor está configurado para recibir el primer fluido de trabajo que sale
del evaporador y el segundo compresor está configurado para recibir una mezcla de la segunda
corriente de fluido de trabajo y la primera corriente de fluido de trabajo que sale del evaporador.
El coeficiente de rendimiento (COP) del sistema VCR es mayor que aproximadamente 3,3, en el
que un máximo y un mínimo de temperatura de funcionamiento del ciclo son de aproximadamente
40 ° C y aproximadamente 0 ° C., respectivamente, y en el que una relación de presión del tubo de
vórtice es de aproximadamente 50 al 95 bar. (US Patente nº US7669428 B2, 2006)
Este tubo de vórtice es un dispositivo estructuralmente simple, sin partes móviles, que es
capaz de separar una alta presión al fluir en dos de menor presión, fluye con diferentes energías,
por lo general se manifiesta como una diferencia en temperaturas, como se muestra en la Figura
40.
74
Figura 40. US20060230765 A1
El tubo de vórtice es relativamente ineficaz como un dispositivo independiente de
refrigeración, pero puede convertirse en un componente importante de un sistema de refrigeración
cuando se emplea como una alternativa a la válvula de estrangulación convencional.
En un ciclo aumentado con un tubo de vórtice puede ofrecer varias ventajas, incluyendo:
operación eficiente por encima de la Joule- Thomson curva de inversión, insensibilidad relativa al
tamaño de intercambiador de calor, y la capacidad de operar con una más baja relación de presión.
La medida en que se realizan estas ventajas depende de la configuración de ciclo, el fluido
propiedades, las condiciones de funcionamiento y el comportamiento del tubo de vórtice que se le
pueda dar al diseño del sistema de refrigeración del dispositivo de enfriamiento rápido.
3.2.1.5 PATENTE ES2311123T3 POR BSH BOSCH UND SIEMENS
HAUSGERATE GMBH.
La presente invención se refiere a un método y un dispositivo para el enfriamiento rápido,
particularmente de bebidas envasadas o para la congelación rápida de productos de tamaño
pequeño, particularmente de alimentos como: frutas y verduras frescas.
Al usar el dispositivo de enfriamiento rápido para el enfriamiento de bebidas, la cámara de
almacenamiento, en la que se sitúa el tanque es una cámara de congelación, mientras que el
75
recipiente que sirve como enfriador de botellas se sitúa de forma adecuada en una cámara de
refrigeración normal o más intensa del mismo refrigerador.
Una colocación del tanque por debajo del recipiente que sirve como enfriador de botellas
favorece mientras que no se está usando la salida de líquido portador de calor del recipiente al
tanque y, por tanto, la liberación de una botella enfriada en un enfriador de botellas o de otro
recipiente de bebidas.
Un control automático depende del tiempo o de la temperatura del funcionamiento de la
bomba, es deseable esto para evitar un enfriamiento excesivo del recipiente de bebidas. (ESPAÑA
Patente nº ES 2 311 123 T3, 2009)
Figura 41. ES2311123T3
En la Figura 41 se puede ver qué eeste tipo de método para enfriar bebidas y alimentos
sería muy útil y muy bueno de estudiar para adaptar al diseño de un dispositivo de bebidas y
alimentos, el único inconveniente que se ve con esta tecnología es el funcionamiento de la celda
peltier que es muy pequeña por lo general son de 4 x 4 cm, adicional aunque el montaje se lo puede
hacer fácilmente, se consigue que el lado frío baje la temperatura a la que toma el aire casi 1,5ºC
(de 24,7ºC a 23,3ºC), mientras que la que calienta lo hace unos 3ºC (de 25ºC a 28ºC).
76
Se puede estudiar más a fondo esta opción, tal vez modificando la geometría de las celdas
o adaptarla de mejor manera para el dispositivo de enfriamiento rápido de alimentos y bebidas que
pueda entrar dentro del modelo de negocio Mabe.
3.2.2 TECNOLOGÍAS DE ENFRIAMIENTO RÁPIDO UTILIZADAS POR MABE
Mabe dentro de sus productos de línea blanca, cuenta con refrigeradores como el Ingenious
de 510 litros en acero inoxidable, el cuál dentro de la parte superior del congelador cuenta con
una zona llamada Express Chill Zone. Esta zona cerrada se encuentra dentro del congelador y la
diseñada para enfriar rápidamente los alimentos y bebidas preferidas.
Se lo controla desde el display exterior y avisa cuando los alimentos y bebidas ya están
listos, como se muestra en la Figura 42.
Figura 42. Display Express Chill Zone
Esta zona está diseñada para enfriar rápidamente alimentos y bebidas. Mediante el panel
exterior se controla el funcionamiento del express chill zone, que es el espacio que se encuentra en
la parte superior del congelador. El express chill zone como se muestra en la Figura 43 ofrece
gran versatilidad, ya que cuenta con temperaturas predeterminadas para enfriar alimentos o
bebidas. Además, ofrece tres opciones adicionales de tiempo de 20, 15 o 10 minutos, para que
puedas seleccionar la opción que mejor se acomode a las necesidades.
77
Figura 43. Express Chill Zone
Los tiempos pueden variar dependiendo de la temperatura inicial de los alimentos o bebidas.
Si al terminar el tiempo no han alcanzado la temperatura deseada, se puede agregar minutos
adicionales en el display y volverá a activarse después de 5 minutos.
En caso de que se decida agregar más tiempo para alcanzar la temperatura deseada de los
alimentos o bebidas, se deberá estar atento al momento en que la alarma indique que concluyó el
tiempo de enfriamiento para que se retire del compartimento, y evitar que se congelen. Esto es
especialmente importante para las bebidas gasificadas. (Mabe, S.A. de C.V, 2015)
Lastimosamente esta zona sigue siendo aún lenta. La bebida, por ejemplo una botella de
vino, requiere 30 minutos para el enfriamiento, corriendo el riesgo de congelarse. Es decir, es una
solución poco práctica o para situaciones emergentes. Lo importante es que utiliza el mismo
sistema de refrigeración y enfriamiento del refrigerador.
Las bebidas gasificadas no deben almacenarse en el express chill zone, porque pueden
congelarse. Esta zona se utiliza únicamente para enfriarlas más rápidamente, por lo que no se debe
exceder los tiempos recomendados. Una alarma sonará por un minuto después de concluir el tiempo
seleccionado, entonces se deberá retirar los alimentos o bebidas del compartimento express chill
zone. En caso de no tomar en cuenta estas recomendaciones, las consecuencias son terribles para
el usuario.
78
4 DESARROLLO.
Este proyecto, como ya se mencionó anteriormente en el apartado 1.2.3 “concepto inicial”,
comenzó con el concepto de polar roller, con el cual Mabe venía trabajando en la parte técnica y
desarrollando la tecnología de enfriamiento acorde a ese concepto. Sin embargo, de aquí nacieron
varias interrogantes en cuestión de deseabilidad por parte del usuario y factibilidad en relación a
tecnología. No hay que olvidar que ese concepto inició de la idea de hacer hielos rápido.
Al realizar una recapitulación del estudio previo realizado para polar roller, tanto en
factores humanos como en factores técnicos, nos dimos cuenta que existían varias inquietudes y
muchas de las veces ciertas incongruencias alrededor de si era o no un buen producto o una buena
idea el realizar el enfriamiento de bebidas bajo ese concepto.
En la Figura 44 se muestra el tamaño actual del prototipo Polar Roller, es imprescindible
identificar si el tamaño de este aparato causaba inconvenientes a los usuarios y si podría más la
experiencia de tener un enfriamiento rápido y adaptarlo a los productos que Mabe ofrece.
79
Figura 44. Prototipo Funcional Polar Roller
Como se trata del diseño de un electrodoméstico, el cliente principal a satisfacer es el
usuario que tenga problemas con el enfriamiento rápido de bebidas. Sin embargo, no se sabía para
qué usuario era útil este concepto y surgieron varias interrogantes, como las que vamos a ver a
continuación:
¿Se quiere realmente un enfriamiento rápido?
¿Es necesario un enfriamiento rápido?
¿Quién necesita enfriamiento rápido?
¿Qué se quiere enfriar rápidamente? y ¿por qué?
Son varias inquietudes que al transformarlas en hipótesis, caemos en la necesidad de diseñar
en función del usuario, utilizando herramientas que nos permitan entender la necesidad real
alrededor del enfriamiento rápido. Es por esto que se optó por utilizar la metodología design
thinking, para trabajar de manera coherente tanto factores humanos como factores técnicos, y
encontrar la propuesta de valor para el usuario.
80
A continuación se detallará el proceso realizado para encontrar la propuesta de valor para
el usuario y enfocar el desarrollo tecnológico y el diseño del producto en función de la misma
propuesta.
Es importante mencionar desde un Principio que una de tantas cosas positivas de la
metodología design thinking, es que no tiene una estructura lineal en sus etapas. Como se muestra
en la Figura 45 se puede regresar dentro de sus fases o adelantar el proceso para ir refinando los
conceptos y adecuando esta herramienta a las necesidades del proyecto, para llegar a un objetivo
de ideación.
Figura 45. Proceso design thinking
4.1 CONOCIENDO AL USUARIO
Para poder entender y conocer para qué usuarios era importante el enfriamiento rápido de
bebidas y alimentos, se utilizaron varias herramientas y métodos de investigación, como
investigación de campo y la observación. Se logró ver cómo la gente actuaba alrededor del
enfriamiento, qué cosas eran las que requerían enfriar, cómo eran sus reacciones, cómo
interactuaban los usuarios en ciertas situaciones y escenarios, y se descubrió ciertos pains que a
simple vista no se hubieran detectado.
81
4.1.1 USUARIOS QUE MANEJAN UNA RELACIÓN CON EL ENFRIAMIENTO RÁPIDO
En esta fase fue importante utilizar todos los sentidos para investigar, mirar, escuchar todo
en lo que intervenga el usuario alrededor del enfriamiento rápido. Es importante tener en cuenta
que toda la información es relevante y que se abarcará como todo un universo sin límites y dejando
a un lado el “yo creo”.
4.1.1.1 ¿ES NECESARIO UN ENFRIAMIENTO RÁPIDO?
Como se muestra en la Figura 46, se detectaron los siguientes sectores donde hay usuarios
involucrados alrededor de enfriamiento rápido de bebidas y alimentos:
Figura 46. Sectores relacionados con enfriamiento rápido
Es importante entender que dentro de todos estos sectores el hecho de realizar un
enfriamiento rápido, que no sea adecuado, trae consecuencias y afecta increíblemente a clientes
internos como a externos de un negocio u hogar. Las molestias llegan a ser a nivel económico,
físico, emocional, salud, a nivel estructural, todo esto genera pérdidas que de una u otra manera se
traducen en perdida de dinero.
Es importante sumergirse e interactuar humanamente tomando en cuenta los aspectos
emocionales de la experiencia del cliente. Muchas de las veces la alegría, el patetismo, la risa, y la
82
ansiedad que se encuentra en cada interacción del usuario con un productos podría no ser capaz de
describirse abiertamente.
Sin embargo, el diseñador debe ser sensible a interpretar todas estas huellas y puntos de
contacto con humanos para estimular y fomentar las emociones, como los profundos momentos de
apego a un producto, servicio o marca, con el fin de dar a cada uno lo que necesitan.
Dejando a un lado los prejuicios o suposiciones, se tratan de entender a cada uno de los
usuarios tanto desde afuera hasta su universo interno, llegando a darle sentido a todas esas
soluciones que no han encontrado un área de oportunidad dentro del mercado. Reconociendo que
son los puntos de contacto con humanos que resuenan más en la experiencia del cliente en la vida
real para dar productos, servicios y marcas de confianza con valor y sentido.
4.1.1.2 ¿QUIÉN NECESITA ENFRIAMIENTO RÁPIDO?
Se encontró usuarios con un alto manejo de alimentos y bebidas frías por trabajo y
necesidad, como los usuarios de restaurantes, bares o por placer y diversión. Los usuarios que
disfrutan las fiestas, tenían inconvenientes al querer tener sus bebidas frías. En la figura 47 se
muestra algunas de las verbalizaciones para ser analizadas para el presente proyecto:
Figura 47. Usuarios en torno a enfriamiento de bebidas
83
También se encontraron usuarios alrededor del hogar en donde muchos de ellos realizan
sus compras con anticipación para almacenarlas en alacenas o espacios destinados a los mismos.
Sin embargo, al surgir eventos emergentes tenían ciertas complicaciones para realizar un
enfriamiento rápido, tanto de bebidas como de alimentos (como se muestra en la figura 48).
Figura 48. Usuarios hogar
Finalmente un área que no estaba dentro de la mirada de Mabe por su modelo de negocio,
como se muestra en la Figura 49, es la de usuarios que están constantemente con un manejo de
alimentos a nivel profesional e industrial. Donde el mantener estándares de calidad en el manejo
de alimentos y comida preparada es muy importante, no solo por las normas o códigos de
conservación de alimenticia, también por la zona de riesgo al manejar alimentos, la cual se
explicará más adelante.
84
Figura 49. Usuarios que buscan enfriar rápidamente los alimentos
Es importante recalcar que al ser un área donde las personas realizan estudios de
preparación y conservación adecuada de alimentos, tienen conocimientos más profundos de ciertos
temas. Los cuales son desconocidos actualmente por la mayoría de personas que no han tenido este
tipo de formación y que son causantes de muchas enfermedades en hogares de todo tipo de nivel
social.
Sin embargo, cada día el ser humano busca alimentarse de una manera más adecuada y no
tarda en transformar sus costumbres actuales en actividades en pro de una mejor alimentación.
En esta etapa del proceso, al tener tanta información y para no llegar a confundirse, es
importante utilizar como herramienta un mapa de empatía. Para entender al usuario, no sólo desde
la perspectiva del que piensa y siente, aquí entra en juego todos los sentidos como lo que oye, lo
que ve, lo que dice y hace, que miedos o esfuerzos y el resultado de todo esto como le ha llevado
actuar cotidianamente para solucionar enfriamiento rápido.
85
Como se muestra en la Figura 50, al aplicar esta herramienta facilitó la obtención de
información sumamente importante sobre la experiencia que el usuario ha tenido por la necesidad
de tener un enfriamiento rápido de bebidas y alimentos. Toda esta información que a nivel macro
se llega a obtener, para después irla sintetizando y desglosando en aspectos y factores importantes.
Figura 50. Mapa de empatía
En la Figura 51 se puede ir viendo cuales son los factores importantes alrededor de los
pains causados para el usuario.
Figura 51. Requerimientos de producto – Pains de usuario
86
4.1.1.3 ¿QUÉ SE QUIERE ENFRIAR RÁPIDAMENTE?
Al sintetizar toda esta información queda claro que existe un gran valor y área de
oportunidad alrededor de enfriamiento rápido de bebidas y alimentos, tanto a nivel hogar, como a
nivel negocio. Definiendo ciertas características del producto (como se muestra en la Figura 52 a
un nivel básico de concepto, confirman que si existe una gran área de oportunidad en torno al
enfriamiento rápido, distinguiendo dos áreas de oportunidad importantes:
Figura 52. ¿Qué se quiere enfriar rápidamente?
Al hablar de bebidas se trata de enfriar rápidamente de todos los tamaños y formas
diferentes de envases de materiales como plásticos, aluminio y vidrio. En cuanto a los alimentos
cocinados, se trata de enfriar porciones que van a ser congeladas para almacenar o en procesos
de cocinado donde se requiera para ciertas técnicas culinarias.
4.1.1.4 ¿POR QUÉ SE QUIERE UN ENFRIAMIENTO RÁPIDO?
Al investigar al usuario y entender al usuario nos dimos cuenta de cuan necesario es un
enfriamiento rápido, debido a las condiciones en las que se daban.
Los principales problemas que se vieron fueron:
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Usuarios restaurante: Al hablar de usuarios restaurantes es necesario entender que son
todos los usuarios involucrados, tanto internos como externos. Todos estos juegan un rol
importante. Al entrar dentro de la cocina de un negocio es evidente ver que un factor importante y
clave es el tiempo. Cuánto un negocio puede ganar o perder por no saber administrar de manera
correcta el tiempo de trabajo y de servicio que prestan los empleados, al no darle las herramientas
adecuadas es complicado hacer que un negocio sea más productivo. Un ejemplo dentro de toda la
investigación para entender el proceso es el siguiente:
Caso Restaurante- Bar: “En este bar se sirven diferentes tipos de cervezas tanto
artesanales como extranjeras, tenemos 3 refrigeradores grandes, 2 regalados por empresas
distribuidoras de bebidas y 1 adquirido para el negocio, los refrigeradores no solo los utilizo para
enfriar bebidas, también para mantener los alimentos frescos, las bebidas por lo general tenemos
1 de cada marca ya frías y listas para cuando alguien lo requiera.
El problema mayormente se nos da cuando los clientes piden más de 1 de la misma marca,
tenemos que recurrir al baño maría invertido con agua y hielos, meneando la botella para que se
enfrié más rápido, esto implica que el cliente tiene que esperar más tiempo, y suele ser que si el
pedido es en la misma mesa se molestan los clientes porque a uno se le entrega el producto
rápidamente y a otro después de 20 minutos.
Situaciones como estas han generado la insatisfacción del cliente, perdiendo su preferencia
y también llegando a ser mal recomendados, no solo como dueño de negocio pierdo, mis
empleados tienen que hacer retrabajos para enfriar, al estar fabricando hielos constantemente,
generando mudas dentro del proceso, además al tener prendidos los refrigeradores todo el tiempo,
generan altos costos para mi negocio.
88
Las quejas principales de mis clientes son que ellos están pagando por un servicio eficiente,
por un producto rápido y frío, puesto que es una inversión para su disfrute y goce, no para tener
inconvenientes y sentirse insatisfechos, de todo esto depende el buen funcionamiento de mi
negocio”. (Juriquilla, 2015)
En este caso es impresionante ver cómo el no contar con un producto eficiente de
enfriamiento rápido genera tantas molestias e inconvenientes, donde no sólo afecta a una sola
persona, sino involucra a todo el que interviene en el negocio.
4.1.2 EVALUANDO EL PRIMER CONCEPTO DE ENFRIAMIENTO RÁPIDO CON EL
USUARIO
Es importante recordar que tanto factores técnicos como factores humanos van trabajando
a la par. La tecnología de enfriamiento debe irse adaptando para el usuario y en función de sus
necesidades. Durante este proceso se adoptó la tecnología con la que Mabe cuenta actualmente,
es decir, con un aparato que enfríe las bebidas rápidamente. En la Figura 53 se muestra el diseño
en concepto del prototipo funcional, el cual está en stand by en su diseño como producto. En la
actualidad se está estudiando con un grupo de ingeniería cómo lograr enfriamiento rápido.
Figura 53. Bosquejo general de un prototipo de enfriamiento rápido
89
Al tener una idea de cómo sería el funcionamiento del dispositivo de enfriamiento rápido,
la capacidad, tamaño aproximado y el tiempo que tardaría en enfriar las bebidas, con la tecnología
con la que Mabe cuenta hoy en día (como se muestra en la Figura 54), se realizó un maquetado
rápido donde se pueda tener una idea de dispositivo de enfriamiento rápido:
Figura 54. Maquetas volumétricas para pruebas con usuario
Con este maquetado o prototipado rápido, a pesar de no ser funcional sino únicamente en
concepto, fue muy útil para darnos cuenta que el enfriamiento rápido debe tener ciertas
característica importantes. Mismas características que permitieron identificar los factores que
esencialmente debe cumplir el producto.
Figura 55. Prototipado rápido
Pero más allá de un concepto de diseño, nos lleva a entender e identificar los insights
alrededor del enfriamiento rápido. Toda esta información, que desde un principio era todo un
90
universo, va tomando forma y es necesario probar en usuario, todo esto como se muestra en la
Figura 55.
4.1.2.1 LABORATORIO DE USUARIO
Este laboratorio es un lugar donde se puede validar como se muestra en la Figura 56, la
reacción del usuario en cuestión de experiencia, sentimiento hacia producto, gustos, experiencias
previas. Es muy útil para entender en el usuario que características debe contar el nuevo producto,
en qué situaciones o escenarios sería útil y para qué miembro de la familia.
Figura 56. Prototipado rápido
Se realiza la validación a mujeres y hombres con distintos perfiles profesionales, edades,
características personales, etc., como se muestra en la Figura 57, con el fin de validar que efecto
tiene el usuario con el concepto de un dispositivo de enfriamiento rápido.
Figura 57. Laboratorio de usuario
91
4.1.2.2 RESULTADOS LABORATORIO DE USUARIO
Con la información previamente obtenida en el laboratorio de usuario, facilita orientar el
diseño del dispositivo de enfriamiento rápido pensando en las necesidades del usuario, como se
muestra en la Figura 58. Esto ayuda a comprender qué capacidad es la ideal, el tamaño, quiénes
en el hogar lo usarían; si les gustaría como un producto adicional o integrado al refrigerador y qué
factores siempre se debe cuidar en el diseño del producto.
Figura 58. Resultados laboratorio de usuario
4.2 DEFINIENDO LA PROPUESTA DE VALOR PARA EL USUARIO
En este apartado iremos entendiendo los insights alrededor de los usuarios,
transformándolos en áreas de oportunidad para la empresa Mabe. Es necesario entender que las
validaciones anteriores son parte del proceso y son métodos que ayudan a entender al usuario,
viéndolos desde diferentes puntos de vista.
92
Con todo este proceso se logró encontrar 7 áreas de oportunidad alrededor del enfriamiento
rápido de bebidas y alimentos, considerando que la tecnología a desarrollar tiene que tomar en
cuenta los principios de diseño, en función del aprendizaje alrededor del usuario
4.2.1 IDENTIFICACIÓN DE INSIGHTS
Después de tener una gran cantidad de información recopilada (en la verbalización de las
personas, la investigación y la observación) se identifican los problemas que se tiene alrededor de
enfriamiento rápido, definiéndolos en las siguientes áreas de oportunidad para Mabe:
Cinco conceptos para usuario hogar
Por ser información confidencial de la empresa se ha omitido el mencionar las 5 áreas de
oportunidad en relación del hogar.
Dos conceptos para usuario negocio
Por ser información confidencial de la empresa se ha omitido mencionar 1 área de
oportunidad y se explica el área de oportunidad comercial a trabajar.
4.3 PRINCIPIOS DE DISEÑO
Después de presentar las nuevas áreas de oportunidad, Mabe decide trabajar en la tecnología
adecuada para el enfriamiento de bebidas dirigido al sector comercial (como bares y restaurantes)
y a un cierto grupo de usuarios hogar de clase social alta. Donde este aparato será útil para el rápido
enfriamiento de bebidas y en el cual los principios de diseño van enfocados a satisfacer esta
necesidad para este grupo de usuarios, haciéndolo un producto deseable.
93
4.2.2 CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO
Para realizar la propuesta de un dispositivo de enfriamiento rápido independiente y ser un
producto deseable se necesita definir la propuesta de valor para el usuario tomando en cuenta lo
siguiente:
4.2.2.1 Definición de usuarios
En la Figura 59 se puede apreciar los diferentes usuarios que se ven afectados al no contar
con un dispositivo de enfriamiento rápido de bebidas eficiente.
Figura 59. Resultados laboratorio de usuario
El tiempo y los retrabajos tienen relación directa con el dinero, esto afecta a cada uno de
los usuarios que intervienen en este proceso. Podría parecer que es algo insignificante el consumir
una bebida, y que sólo existe el inconveniente con el dueño del negocio. Con la herramienta
Bussines Model of Canvas, que se muestra en la Figura 60, se puede entender de mejor manera
cómo afecta a cada una de las partes el no contar con un dispositivo de enfriamiento rápido de
bebidas eficiente y cómo puede facilitar la vida del usuario, teniendo en cuenta que hasta los
proveedores de bebidas se ven afectados:
94
Figura 60. Resultados laboratorio de usuario
Adicional en la Figura 61 se muestra un grupo de usuarios que disfruta las bebidas frías. Por lo
general son usuarios de un nivel económico alto y usuarios que tienden a realizar fiestas
frecuentemente, es decir, este tipo de dispositivos lo ven como un lujo y estatus social.
Figura 61. Resultados laboratorio de usuario
4.2.2.2 Descripción del problema para el usuario
La mayoría de la gente relacionada con restaurantes y bares tiene inconvenientes al
momento de enfrentarse al enfriamiento de bebidas. Por lo general tienen refrigeradores grandes,
como se muestra en la Figura 62, que son surtidos por las empresas de bebidas que distribuyen su
producto. Al mantener estos refrigeradores en el interior del negocio, el inconveniente que llegan
a tener es que ocupan una gran cantidad de espacio; consumen mucha energía eléctrica por que
nunca se apagan, y esto influye en los altos precios donde termina por pagar el consumidor final
en el precio del menú.
95
Figura 62. Refrigeradores para bebidas en locales comerciales
Muchas de las veces estos tipos de aparatos no son prácticos, los empleados tienden a
realizar un trabajo previo como colocar bebidas en los refrigeradores con horas de anticipación,
quitando tiempo que se puede usar en otras actividades del negocio.
Muchos de estos negocios tienden a tener bebidas especiales como cervezas artesanales,
cervezas de mayor costo, vinos, etc., que no se mantienen en refrigeración, sino son que son
almacenadas y al momento de un cliente solicitarlas, los refrigeradores no son capaces de enfriarlas
rápidamente. Es por esto, como se muestra en la Figura 63, que los empleados tienden a enfriarlos
con un baño María invertido, con agua, hielos y girándolos constantemente, tardando generalmente
de 15 a 20 min para poder servir una bebida a temperatura ideal.
Figura 63. Refrigeradores para bebidas en locales comerciales
96
4.2.2.3 Cuál es el Insight?
Los restaurantes y bares buscan enfriar bebidas rápidamente para agilizar su trabajo y
servicio a clientes, con espacios optimizados y adaptables a todos los tipos de bebidas.
4.2.2.4 Factores clave del diseño centrado en usuario
Es importante que el diseño del dispositivo cumpla con ciertos requerimientos clave. En la
Figura 64 muestra los atributos que le darán valor al usuario:
Figura 64. Requerimientos clave para el usuario
Tiempo:
Es el tiempo que tarda la bebida en ser enfriada, al ser para uso comercial o para usuarios
fiesta, no solamente se está hablando de una bebida, sino de varias bebidas al mismo tiempo. Se
debe tomar en cuenta el tiempo que tarda el dispositivo para ser usado y la capacidad que tenga de
enfriar en ciclos continuos.
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Espacio:
Esta característica se encuentra muy ligada a la capacidad que el dispositivo tiene y a la
tecnología que se utilice. Las áreas de trabajo en restaurantes y bares por lo general son ocupadas
por los grandes refrigeradores de bebidas, adicional del espacio que se tiene para almacenamiento
de bebidas sin enfriar.
Esto ocasiona problemas en horas de alto consumo y en especial en locales donde el espacio
es muy restringido, afectando al buen servicio, eficiencia en tiempo y actividades de los empleados.
Capacidad:
Este factor no solamente se refiere al número máximo y mínimo de bebidas que puede
enfriar el dispositivo, también trata de la capacidad que tiene para enfriar diferentes tipos de
bebidas, con diferentes tamaños y volúmenes.
Fácil funcionamiento:
El uso del dispositivo tiene que ser amigable al usuario, es decir, su interfaz usuario
máquina debe ser práctica y fácil. Es importante no olvidar que en un fácil funcionamiento entran
las características como ergonomía, acceso para limpieza rápida y fácil del producto, evitar
confusiones en el uso del mismo, entre otras.
Evitar desperdicios de recursos:
Con los métodos actuales de enfriamiento rápido de bebidas, se usan grandes cantidades
de recursos materiales como: agua, hielos, energía. Recursos importantes como los retrabajos por
parte de los empleados, donde se desperdicia tiempo y dinero.
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Ahorro:
Al utilizar un sistema más eficiente y robusto, se genera ahorros en todos los sentidos, todo
es una cadena, se logra ahorro en costos, en recursos, en tiempo. Estos factores son fácilmente
medibles, con el tiempo las ventajas que se pueden tener al utilizar el dispositivo, se pueden ver
reflejadas en las ganancias que obtendrían los locales comerciales.
Temperatura:
El principal objetivo de muchos de los negocios que brindan productos y servicios es
satisfacer a sus clientes. Al hablar de comercios de bebidas y alimentos utiliza la satisfacción de
los sentidos de los clientes para generar su fidelidad.
Es necesario tomar en cuenta que cada tipo de bebida tiene una temperatura ideal a la que
debe llegar antes de ser consumida. La temperatura influye en los sabores y olores, es aquí donde
entran las funciones organolépticas.
En la Tabla 3 se muestra las bebidas que se requieren enfriar y su temperatura ideal, esta
temperatura se ha tomado del análisis e investigación con los fabricantes de bebidas, catadores,
chefs y especialistas en alimentos:
BEBIDA RANGO DE TEMPERATURA TEMPERATURA IDEAL Coca Cola Lata 8° - 4° 7.7° Coca Cola botella de Vidrio 8° - 4° 7.7° Coca Cola botella de Plástico 8° - 4° 7.7° Cerveza Clara 8° - 4° 6° Cerveza Oscura 12° - 8° 10° Cerveza Ámbar 13° - 7° 11° Agua botella plástica 22° - 7° 7° Vino 18° - 14° 16°
Tabla 3. Temperatura según tipo de bebida
99
Evitar retrabajos:
Este dispositivo debe facilitar la vida del usuario, es decir dar menos trabajo de lo que
actualmente está realizando, evitando mudas de tiempo y trabajo.
Todos estos requerimientos son clave para definir la factibilidad con la que se puede realizar
el diseño del dispositivo, analizando si las tecnologías con las que Mabe cuenta hoy en día cumplen
con todos estos factores para usarlas; si es necesario adoptar tecnologías existentes en el mercado,
o si es necesario desarrollar nuevas tecnologías.
4.3 TECNOLOGÍAS PARA ENFRIAMIENTO RÁPIDO
Al analizar toda la información adquirida se establecen los principios de diseño,
técnicamente hablando, que debe cumplir el dispositivo para ser un producto deseable y factible,
siendo estas características fundamentales a ser cumplidas por este producto.
Al hablar de factibilidad técnica para el diseño del producto, y al ser el enfriamiento rápido
largamente estudiado, se definen varios aspectos técnicos a ser estudiados, analizados y probados
para encontrar la mejor solución, sin olvidar los aspectos claves que el producto debe cumplir.
Es importante mencionar que debido a la confidencialidad de la información con la empresa
Mabe, y al ser un producto nuevo, no se detallará a fondo métodos, datos y valores exactos
relacionados a pruebas y soluciones técnicas encontradas. Se mencionarán fundamentos y teorías
utilizadas en el desarrollo, que se encuentran como acceso libre por el público.
Al ser un sistema de enfriamiento rápido de bebidas, a continuación se enumeran las
características técnicas a solucionar de manera general. Divididas en pequeños subsistemas, que a
través de la experimentación y el estudio de diferentes fenómenos se encuentra la solución más
factible, para generar la propuesta en concepto del dispositivo de enfriamiento rápido de bebidas:
100
Diseño General
Sistema estructural
Sistema de enfriamiento
Sistema de control
Todos estos sistemas deben cumplir con los estándares Mabe y las especificaciones
acordadas con la empresa, como son:
Propuesta en 3D para primer prototipo funcional técnicamente resuelto.
Documentación Detalle planos
Documentación Detalle materiales
Documentación Detalle componentes
Propuesta Manufactura de componentes para prototipo funcional
4.3.1 DISEÑO GENERAL
Al ser este un problema complejo, el método de diseño al referirse a diseño de partes y
componente es conocido como Top – down design, rompiendo el problema en varias partes,
utilizando un esqueleto como estructura y columna vertebral, donde serán ensamblados los
subsistemas.
En la Figura 65 se muestra el dispositivo de enfriamiento rápido con todas sus partes y
subsistemas, los mismos que se irán detallando a continuación.
101
Figura 65. Subsistemas del dispositivo de enfriamiento rápido
4.3.2 SISTEMA DE ENFRIAMIENTO
Para el funcionamiento de este sistema se toma en cuenta que la temperatura inicial (Ti) a
la que la bebida se encuentra, es a temperatura ambiente entre (21° a 24°C), necesitando bajarla
según el tipo de bebida (Tf) entre (2° a 5°C), todo esto en un ∆𝑡 de tiempo.
Al hablar de enfriamiento rápido, se busca que ∆𝑡 sea el menor en un rango de 2 a 5
minutos, para lograr esto se han realizado varias pruebas y DOES, donde los elementos a analizar
son los que tienen relación directa tiempo – temperatura, como se muestra en la Ecuación 5:
𝒕𝒇 (𝒆𝒏𝒇𝒓𝒊𝒂𝒎𝒊𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒃𝒆𝒃𝒊𝒅𝒂) =∝ (−𝑚𝐶𝑝)
ℎ𝐴log(
𝑇𝑓 𝑏𝑒𝑏𝑖𝑑𝑎 − 𝑇𝑓 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛
𝑇𝑖 𝑏𝑒𝑏𝑖𝑑𝑎 − 𝑇𝑓 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛)
Ecuación 5. Relación tiempo – temperatura
102
Adicional al tiempo de enfriamiento por bebida, es importante conocer qué tiempo necesita
el sistema para funcionar e iniciar el enfriamiento de bebidas, el más rápido y eficiente. Además
de anterior, la capacidad que tendrá para enfriamiento en ciclo de varios sets de bebidas, como se
presenta en la Figura 66.
Figura 66. Tiempos para uso del sistema
Después de realizar diferentes pruebas para encontrar la solución más factible de
enfriamiento rápido, se opta por utilizar un sistema de enfriamiento por:
Transferencia de calor por convección - evaporación y condensación
4.3.2.1 Enfriamiento de bebidas utilizando mecanismos de convección
Uno de los fenómenos estudiados para este proyecto ha sido el de transferencia de calor por
convección, este fenómeno menciona que el flujo de calor dentro de un fluido puede desplazarse
del volumen de un fluido menos caliente por uno más caliente y viceversa, con la ayuda de un
líquido o un gas.
103
Es decir las bebidas que se van a enfriar contienen una energía que tendremos que removerla
con la ayuda de un líquido o un gas, esta energía es conocida como calor. Este calor tiene que ser
recibido por una masa capaz de robar toda esta energía, dando una variación de temperatura (Δt)
en los dos volúmenes, esta relación esta expresada en la Ecuación 6:
𝑄 = 𝑚𝐶𝑃∆𝑇
Ecuación 6. Relación calor y temperatura
Donde:
Q = mc T, en donde
m = la masa del cuerpo
Cp = el calor específico del cuerpo
T = la diferencia de temperaturas
Aplicando ésta ecuación se puede conocer que la cantidad de calor que se necesita remover
para enfriar una lata de refresco de 355ml, misma que se encuentra a 30ºC y se quiere llegar a 6ºC
en 2 minutos, es de -36.335Kj, los datos para este cálculo se encuentra en la Tabla 3:
BEBIDA masa [kg]
Cp [J/Kg C]
Tfinal [°C]
Tinicial [°C]
Q [kJ]
Refresco 0.3621 4181 6 30 -36.3346 Tabla 3. Datos para cálculo de calor en refresco
Con este valor se requiere buscar un fluido que sea capaz de remover esta Q logrando llevar
la bebida a 6ºC en máximo 2 minutos, después de varias pruebas se determina que el fluido ideal
para este trabajo es el agua, misma que debe encontrarse a una temperatura constante de 0.5ºC para
lograr robar esta cantidad de energía en el tiempo deseado.
104
Ya habiendo determinado el fluido es necesario diseñar un sistema que mantenga el agua a
esta temperatura constantemente de forma automática; como el factor tiempo es crítico, se requiere
en este sistema cuente con un mecanismo que mantenga el agua a 0.5ºC y esto se puede lograr con
la utilización de hielos.
El hielo es un capacitor térmico, el cual requiere una cierta cantidad de energía para
transformarse a su fase líquida en 0°C, estamos hablando de calor latente de fusión de 333,000
J/kg, al mantener una cierta masa de hielo con agua es suficientemente capaz de robar calor de las
bebidas para mantenerse en su fase líquida a esta temperatura, haciendo que el sistema sea
sustentable, y se pueda enfriar bebidas secuencialmente.
En la Ecuación 7, se muestra la relación de Q calor que obtendríamos al tener una masa
de hielo y agua lista para ceder calor a las bebidas a enfriar, en estado estable:
𝑄𝐶𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 = [𝑄𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎+(𝑄𝑚ℎ𝑖𝑒𝑙𝑜 ∗ 𝐿𝑓)]
Ecuación 7. Relación disponible para ceder a bebidas
Donde:
𝑸𝑪𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐 = Calor disponible para ceder
𝑸𝒎𝒂𝒈𝒖𝒂= Calor disponible en una masa de agua
𝑸𝒎𝒉𝒊𝒆𝒍𝒐 = Calor disponible en una masa de hielo
𝑳𝒇 = Calor de fusión
Es por esto que para poder enfriar un cierto número determinado de bebidas, se necesita
una cierta masa de hielo que enfríe el agua a 0.5ºC, este proceso se requiere sea realizado de manera
automática por el dispositivo, es decir el usuario únicamente deberá colocar una cierta cantidad de
105
agua en el dispositivo para poder enfriar sus bebidas y después de un determinado tiempo poner en
marcha el sistema.
4.3.2.2 Generación de hielos utilizando mecanismos de convección evaporación y
condensación
Para la generación de hielos se utiliza una unidad de refrigeración compuesta por
evaporador, condensador y compresor, cada una con una función en específico, a diferencia del
uso que se le da actualmente a este sistema dentro de los refrigeradores, lo que cambia es el diseño
del evaporador para ser usado directamente en la formación de hielos como se muestra en la Figura
67:
Figura 67. Unidad de refrigeración
En la Figura 68, se presenta un esquema del funcionamiento de este sistema de
refrigeración, que con la utilización de un producto químico utilizado como agente de enfriamiento
y con propiedades especiales de punto de evaporación y condensación. Mediante cambios de
presión y temperatura absorben calor en un lugar y lo disipa en otro mediante un cambio de líquido
a gas y viceversa.
106
Figura 68. Funcionamiento de sistema de refrigeración
A continuación se especifica las funciones de cada componente de la unidad de
refrigeración.
4.3.2.2.1 Gas refrigerante
Un gas refrigerante es una sustancia que puede absorber y transportar grandes cantidades
de calor. Lo puede hacer debido a que cambia de estado. El líquido absorbe calor cuando tiene una
baja presión, cambia de fase (líquido a vapor) y lo libera cuando está en alta presión y en fase
gaseosa. Para la selección del refrigerante debe cumplir las siguientes características:
107
• El calor latente de evaporación debe ser lo más alto posible para que una pequeña cantidad
de líquido absorba una gran cantidad de calor.
• El volumen específico debe ser lo más bajo posible para evitar grandes tamaños en las
líneas de aspiración y compresión.
• La densidad debe ser elevada para usar líneas de líquidos pequeñas.
• Las presiones de condensación deben elevarse, para evitar fugas y reducir la temperatura
de condensación.
• No ser líquidos inflamables, corrosivos, ni tóxicos. Además deben tener una baja
conductividad eléctrica.
En este caso el refrigerante a utilizar cuenta con las propiedades, mostradas en la Tabla 4:
Peso Molecular 102.03 Vaporización de
calor BP (KJ/Kg)
215
Punto de ebullición (℃) -26.2 ODP 0
Temperatura crítica (℃) 101.1 GWP 0.29
Presión crítica (MPa) 4.067 Pureza (%) ≥99.9
Densidad del líquido
saturado 25,(g/cm3)
1.207 Humedad (%) ≤0.001
Calor específico del líquido
25, [KJ/(KG)]
1.51 Acides (%) ≤0.00001
108
Solubilidad (agua, 25)% 0.15 Residuo de
evaporación (%)
≤0.01
Densidad crítica (g/cm3) 0.512 Apariencia
Sin color, sin
elementos turbios
Tabla 4. Parámetros técnicos de refrigerante
Este refrigerante al encontrarse a una cierta presión proporciona una cierta temperatura
como se muestra en la Figura 69:
Figura 69. Gráfica presión - temperatura
4.3.2.2.2 Compresor
Los compresores herméticos se diseñan para ser empleados en ciclos de refrigeración por
compresión de vapor y se clasifican de acuerdo con la presión correspondiente a la gama de
temperaturas de evaporación en la cual el compresor funciona, dentro de la categoría de aplicación
de alta, media y baja presión.
109
Los compresores se encuentran en el mercado formando equipos herméticos que incluyen
el motor. Estos motores cerrados son de un tipo distinto al convencional porque están enfriados por
el mismo líquido o vapor refrigerante, a temperaturas mucho más bajas que el aire empleado para
enfriar los motores abiertos.
Estos motores pueden trabajar con mayores temperaturas de régimen pero sin llegar a
superar la máxima temperatura admitida a las condiciones de diseño, se puede observar en la
Figura 70, el compresor con sus principales componentes, por donde fluirá el gas refrigerante.
Figura 70. Compresor para refrigeración
Consiste en forzar mecánicamente la circulación de un fluido en un circuito cerrado creando
zonas de alta y baja presión con el propósito de que el fluido absorba calor en un lugar y lo disipe
en el otro. El proceso de refrigeración implica un circuito cerrado, y al refrigerante no se le deja
expansionar al aire libre.
El funcionamiento del compresor va directamente ligado al evaporador y al condensador;
al utilizar el evaporador para la formación de hielos, debe ser capaz de trabajar para generar una
cierta masa de hielo, para el diseño de este prototipo se ha utilizado un compresor de 330 Btu/h,
es decir, la capacidad que tiene el compresor para enfriar el sistema o la capacidad que tiene para
110
robar calor por hora, para comprobar toda esta información se realizó un experimento, el cual se
mencionará más adelante.
El compresor succiona el refrigerante a baja presión y temperatura proveniente del
evaporador, creando una diferencia de presión entre el lado de baja y lado de alta, enseguida lo
comprime elevándole la presión y la temperatura para enviarlo al condensador.
4.3.2.2.3 Condensador
Aquí el refrigerante llega en estado de vapor, que al ir pasando por el serpentín va cediendo
calor hacia el medio ambiente y se convierte en líquido por el agente condensante que en éste caso
es aire forzado por el uso de un ventilador como se muestra en la Figura 71, aquí sucede
convección forzada para después el líquido pase por al filtro deshidratador, donde se elimina
humedad y se filtra el refrigerante, pasando enseguida al control de flujo en donde se le reduce la
presión y la temperatura controlando el paso del refrigerante hacia el evaporador.
Figura 71. Condensador
111
4.3.2.2.4 Evaporador
Una vez que el refrigerante está dentro del evaporador primero se expande y enseguida se
evapora por la diferencia de diámetro de tubería y por la absorción de las calorías del espacio,
enseguida se conduce por la línea de succión hacia el compresor para completar el ciclo mismo que
se repetirá las veces que el equipo esté funcionando.
El evaporador al ser un intercambiador de calor, su función es transferir el calor del
ambiente refrigerado al fluido refrigerante que está circulando. Así, el fluido refrigerante, que está
en estado gaseoso, se convierte en líquido.
EL evaporador se encontrará a una temperatura de -20°C capaz de formar hielos al ponerlo
en contacto con el agua, con el diseño propuesto, es capaz de generar hielos a una relación de 12.33
gramos de hielo en 4 minutos.
Como se muestra en la Figura 72, el evaporador es de cobre con recubrimiento de níquel,
esto permite que la transferencia de calor sea más rápida, ya que el coeficiente térmico del cobre
va de λ = 372,1 a 385,2.
Figura 72. Evaporador
112
4.3.2.3 Diseño de experimento fabricación de hielos (DOE)
A continuación se presenta un DOE (Diseño de Experimento), para comprobar qué factores
se deben controlar dentro de la unidad de refrigeración, para mejorar y hacer un sistema de
enfriamiento más robusto.
El proceso a evaluar es la fabricación de hielo, donde la variable de entrada del proceso (x)
será el tiempo en que tarda la generación de hielos, para obtener los datos de salida (Y´s) a
comprobar como:
Y1 = Masa de hielo (gramos)
Y2= Temperatura del agua remanente
Tomando en cuenta que las variables de control (VC) será utilizar una masa de agua de
1kg y la temperatura inicial del agua es de Ti= 23°C.
Las variables de ruido (Vr) van en función del lugar donde se realizó este experimento
como: temperatura ambiente, humedad ambiente y estabilización de temperaturas, como se muestra
en la Figura 73:
Figura 73. Diseño experimento fabricación de hielos
113
En la Figura 74 se muestra el prototipo donde se realizan 4 experimentos en diferentes
períodos de tiempo, con una repetición de 3 veces cada experimento como se puede ver en la
Tabla 5.
Figura 74. Prototipo para DOE
Experimento Tiempo (min) Masa de hielo(gramos)
1 4 12 13 12
2 8 31 33 31
3 12 52 54 53
4 16 79 86 83
Tabla 5. Parámetros de experimento
Mostrando que en un tiempo de 4 minutos el sistema generaba 12.33 gramos de hielo como
se puede ver en la Figura 75:
114
Figura 75. Gramos de hielo en determinado tiempo
Con esta información se pudo calcular la cantidad de energía Q, que se tiene por unidad de
masa así: en el experimento 1, en 4 minutos se tuvo, por la cantidad de hielos generada de 4.19 kJ
y; en el experimento 4, en 16 minutos se tuvo, por la cantidad de hielos generada, 27.61 kJ,
prediciendo que tiempo se necesita para generar hielo en varios periodos de tiempo para obtener la
masa de hielo necesaria para que el sistema permita enfriar varias bebidas secuencialmente como
se muestra en la Figura 76:
Figura 76. Energía por experimento
115
Adicional a esto el sistema fue colocado a prueba de laboratorio con termopares, para
identificar el comportamiento en relación a la temperatura/ tiempo en la entrada y salida del
evaporador como se muestra en la Figura 77:
Figura 77. Trabajo de evaporador
Con esto se comprueba que el sistema, con la unidad de refrigeración y con las condiciones
actuales tardaría 5 minutos en bajar la temperatura del evaporador a -20°C y empezar a realizar la
etapa de fabricación de hielos, donde en ciclo continuo requerirá
4.3.3 SISTEMA HIDRÁULICO
Este sistema tendrá como principal función hacer que el intercambiador de calor (agua),
circule dentro del sistema en condiciones adecuadas, principalmente haciendo que el fluido pase
desde la cámara donde se encuentran los hielos, hacia las bebidas en ciclo cerrado y con ciertas
características físicas.
Sin embargo es importante recalcar que en el diseño de este sistema se tiene algunos puntos
críticos relacionados directamente con la unidad de refrigeración y el sistema motriz como:
116
Generación de hielos en relación al tiempo y masa.
Caudal requerido para bañar las bebidas.
Circulación del fluido en tiempo y cantidades adecuadas.
Por medio de la experimentación se procedió a buscar la mejor alternativa para poner en
contacto el fluido de agua con la bebida, realizando varias pruebas comparativas como se muestra
en la Tabla 6, los principales factores a evaluar fue temperatura y tiempo, mismos factores que
con diferentes métodos de iteración del fluido con la bebida envasada, permitieron encontrar la
solución adecuada.
#
Descripción Temperatura C° Tiempo Experimentación
Ti
agua
Ti
bebida
Tf
bebida
1 Bebida totalmente
sumergida, en posición
vertical girando dentro del
contenedor con agua
0
0.5
24
7.2 2 min
2 Disparo de flujo a un solo
punto, con la bebida en
posición vertical y fija
9 2 min
3 Realizando una cascada de
agua en un solo punto, sobre
la bebida en posición
horizontal.
5 1.5min
117
4 Sumergida la bebida, en
posición horizontal dentro de
un contenedor que gira.
6 2 min
5 Realizando una ducha de
agua sobre la bebida que gira
sobre dos ejes en posición
horizontal
7.5 3 min
6 Flujo de agua con un caudal
constante sobre la bebida en
posición vertical.
3.5 3 min
Tabla 6. Experimentos para sistema hidráulico
Al comparar los resultados entre experimentos, se puede observar que la mejor alternativa
para bajar la temperatura de la bebida en menor tiempo, es estando la bebida en posición horizontal,
donde todo el fluido caiga de forma constante en forma de cascada, adicional se ve la necesidad
de implementar un sistema motriz que permita el giro de la lata y ayudar a que el fluido se
encuentre en contacto con toda la superficie de la bebida.
4.3.3.1 Intercambiador de calor de capa delgada
Si bien los intercambiadores de calor se presentan en una inimaginable variedad de formas
y tamaños, la construcción de los intercambiadores está incluida en alguna de las dos siguientes
categorías: carcaza y tubo o plato.
Como en cualquier dispositivo, cada uno de estos presenta ventajas o desventajas en su
aplicación, es por esto que para hacer un sistema más robusto de enfriamiento se ha centrado el
118
método ideal de transferencia de calor por convección, se encuentra este método largamente
estudiado como el intercambiador de capa delgada o “Method for multypass and cross-flow heat
exchangers”.
Estableciendo una relación de Transferencia de calor convectiva, desde la pared externa
del envase contenedor de bebida hacia el fluido exterior y considerando que al existir dos flujos
en un intercambiador de calor, en la Ecuación 8, el fluido caliente tiene una razón de capacidad
calorífica defina como:
Ch = �̇�Cph [W/K]
Ecuación 8. Capacidad calorífica fluido caliente
Donde �̇�Cph [kg/s] es el flujo másico y Cph [J/kgK] es su capacidad calorífica a presión
constante.
Y análogamente, se tiene en la Ecuación 9 para el fluido frío que:
Cc = �̇�Cph [W/K]
Ecuación 9. Capacidad calorífica fluido frío
Entonces, con base en la Primera Ley de la Termodinámica o Conservación de la Energía,
se establece que el calor transferido entre ambos flujos se puede describir en la Ecuación 10 por
un balance de entalpía de la forma:
𝑞 = 𝐶ℎ (𝑇1 − 𝑇2) = 𝐶𝑐 (𝑡1 − 𝑡2)
Ecuación 10. Primera Ley de la Termodinámica
Donde los subíndices 1 y 2 se refieren a entrada o salida del intercambiador,
respectivamente, y las literales T y t son empleadas para indicar las temperaturas caliente y fría,
119
respectivamente. En la Ecuación (10) es una representación ideal donde no se consideran pérdidas
de calor y ésta sólo describe el calor que será transferido (la capacidad o comportamiento del
intercambiador) para el caso donde se conocen los flujos másicos y las temperaturas de operación
(Centro de Investigación en Energía -Universidad Nacional Autónoma de México, 2007).
Sin embargo, dicha ecuación no provee ninguna indicación del tamaño del intercambiador
necesaria para mejorar su capacidad o eficacia. Si se considera el tamaño del intercambiador en la
ecuación (10) se puede decir en la Ecuación 11 que:
𝑞 = 𝑈𝑛𝑆𝜃𝑚 = 𝑈ℎ𝑛𝑜𝑣,ℎ𝑆𝜃𝑚 = 𝑈𝑐𝑛𝑜𝑣,𝑐𝑆𝐶𝜃𝑚
Ecuación 11. Relación de intercambiador
Donde:
Sh y Sc= áreas de las superficies caliente y fría del intercambiador.
Uh y Uc = coeficientes globales de transferencia de calor referidos a la parte caliente y
fría del intercambiador.
θm= diferencia de temperaturas en operación.
ηov,h y ηov,c= son los eficacias de intercambio de aleta y en el caso donde no se conocen
para el intercambiador se puede utilizar la aproximación ηov,h = ηov,c = 1.
Así, el proceso de intercambio de calor completo se puede representar en la Ecuación 12
por:
𝑞 = 𝑈ℎ𝑛𝑜𝑣,ℎ𝑆𝜃𝑚 = 𝑈𝑐𝑛𝑜𝑣,𝑐𝑆𝐶𝜃𝑚 = 𝐶ℎ (𝑇1 − 𝑇2) = 𝐶𝑐 (𝑡1 − 𝑡2)
Ecuación 12. Intercambiador de calor completo
120
Esta expresión nos permite entender la relación que existe para el intercambio de calor entre
el fluido de agua, el envase contenedor y el área en contacto con el fluido intercambiador como se
muestra en la Figura 78:
Figura 78. Fluido intercambiador en trabajo
La velocidad de giro de la bebida y/o el caudal del fluido contribuye al coeficiente de
convección h, sin embargo cuando una combinación de estos factores hace inestable la capa
refrigerante, la h disminuye y por tanto mayor tiempo en enfriar la bebida.
Por esta razón es importante que la pieza por donde fluye el agua, su diseño este orientado
a cubrir la mayor superficie exterior del envase.
Estaremos seguros de que el líquido al interior del envase se mantendrá en contacto en todo
momento con toda la superficie interior de la lata fundamentada en el concepto matemático usado
en dinámica de fluidos como es el efecto Rankine vortex.
Haciendo que el flujo al interior circule en dos dimensiones, viendo que desde el eje de
rotación sobre el origen interior se forma un vacío similar al ojo de un huracán como se muestra en
121
la Figura 79, y en la región del exterior se pierde vorticidad haciendo que el fluido gire
constantemente pegado a la pared de la lata.
Figura 79. Efecto Rankine vortex
Se muestra un breve resumen de este efecto en el Anexo C, donde se muestra el resultado
de varias investigaciones y pruebas realizadas por científicos, del efecto rankine vortex en fluidos.
4.3.3.2 Caudal de salida
El fluido que se utilizará será el que viene desde el contendor de hielos, y para esto se
requiere conocer que caudal mínimo de fluido es necesario para obtener un enfriamiento de un
∆t = 2 minutos.
Para lograr el caudal necesario y cubrir la mayor superficie de la bebida, se utilizará dos
bombas de agua para circular el fluido desde el contenedor hacia el tanque de hielos cada que se
requiera.
Para determinar este caudal y la presión necesaria, se realizan varias pruebas para
determinar las bombas adecuadas y necesarias como se muestra en la Figura 80:
122
Figura 80. Pruebas de caudal
4.3.4 SISTEMA MOTRIZ
Como se mencionó anteriormente se requiere que el agua este en contacto con toda la
superficie de la lata, es por eso que se propone que la lata gire a una velocidad constante, sin
embargo, para determinar la velocidad ideal de giro se procedió a realizar varias pruebas, para así
obtener experimentalmente una relación para este valor.
Se obtuvieron las curvas de temperatura vs tiempo del interior de una lata mientras estuvo
girando a diferentes RPM´s como se muestra en la Figura 81, 82, 83 y 84, siempre tomando en
cuenta que los factores de medición serán RPM´s en función del tiempo y temperatura obtenida en
la bebida.
123
Figura 81. Experimento con relación velocidad y tiempo
Figura 82. Experimento con relación temperatura interna de bebida y tiempo
Figura 83. Experimento variaciones de temperatura en un Δt
124
En esta gráfica se puede observar el comportamiento de la temperatura en relación al
tiempo, manteniendo una velocidad constante de 60 RPM.
Figura 84. Experimento a 60RPM
En la Figura 85, se puede observar los resultados obtenidos del experimento utilizando
funciones estadísticas y con la ayuda del Software versión estudiantil Minitab, se muestra que
existe un punto óptimo de velocidad de giro de lata dependiendo de las características físicas del
fluido y de la rapidez con la que este cruza la lata.
Figura 85. Resultados estadísticos
125
En la Figura 86, se puede observar los resultados óptimos del experimento utilizando
funciones estadísticas y con la ayuda del software Minitab, donde la velocidad puede variar entre
60 a 100RPM, para un óptimo desempeño.
Figura 86. Validación estadística
126
5. RESULTADOS (PROPUESTA DE DISEÑO)
Después de contar con los principios de diseño enfocados a satisfacer una necesidad real de
usuario comercial, y de toda la experimentación, análisis de información sobre los factores que
intervienen en el enfriamiento rápido, métodos, técnicas y demás pruebas realizadas, se propone
el diseño en 3D de un dispositivo funcional para enfriamiento de bebidas.
Al ser atractiva esta propuesta para la empresa Mabe, solicita que el diseño de este primer
prototipo funcional sea de calidad como un producto final. Es por esto que se entrega elaborada en
simulación 3D, planos con características y especificaciones para ser fabricada cada uno de los
componentes y elementos en el taller de modelos de la empresa.
Con este primer prototipo se podrá verificar en pruebas de campo con usuario y verificar la
deseabilidad del producto, a la vez instrumentar para conocer el comportamiento técnicamente de
la unidad y la posible económica, encontrando así mayores áreas de oportunidad para mejora.
5.1 DISEÑO DE PROTOTIPO FUNCIONAL
A continuación se muestra las partes y componentes diseñados para la fabricación del
prototipo funcional. Es importante recalcar que el diseño de cada una de las partes han sido
meticulosamente pensadas, para evitar cualquier tipo de modos de falla durante su funcionamiento
127
y recordando que este prototipo será utilizado para validaciones de usabilidad con usuarios e
instrumentación técnica para determinar factores ideales.
A diferencia de los prototipos experimentales que se muestran en el Anexo C, en este
prototipo se conjuga todo el aprendizaje obtenido a través de la experimentación, haciendo que las
variables de ruido sean mayormente controlables y que los datos a obtener sean más consistentes
para implementaciones futuras.
Como se mencionó al principio de este documento, se busca que el diseño sea centrado en
el usuario, y al hablar de usuario no solamente se habla de cliente final, sino de cliente Mabe. Así,
el principal reto ha sido diseñar todo un producto funcional en un tiempo corto de cuatro meses,
que cumpla con estándares Mabe y con el que se pueda validar la usabilidad con usuarios finales.
Se muestra en la Figura 87 y 88, el dispositivo de enfriamiento rápido de bebidas sin la
carcasa, para poder observar los principales subsistemas que lo constituyen.
Figura 87. Dispositivo de enfriamiento rápido
128
Figura 88. Sistemas principales del dispositivo de enfriamiento
5.1.1 DIMENSIÓNES GENERALES
En la Figura 89 se puede observar las dimensiones generales del dispositivo de
enfriamiento rápido.
Figura 89. Dimensionamiento de dispositivo de enfriamiento
129
5.1.2 DIAGRAMA DE BLOQUES DE SUBSISTEMAS DEL DISPOSITIVO
DE ENFRIAMIENTO RÁPIDO
En la Figura 90 se muestra un diagrama de bloques que representa gráficamente las partes,
componentes y funciones del dispositivo, además de la organización de todos los componentes,
pudiendo determinar que elemento depende de otro y los puntos críticos considerados en el diseño.
Figura 90. Diagrama de bloques de componentes
En el Anexo C se puede observar en un AMEF, de los posibles modos de falla de cada
subsistema, mismo a considerar para un trabajo a futuro, es importante considerar que los puntos
críticos en el diseño fueron:
El evaporador para la formación de hielos, capaz de abastecer el sistema.
los contenedores, tanque y sistema hidráulico, para evitar fugas al interior y
exterior del dispositivo.
130
El sistema de control, es lo suficientemente capaz de operar a la unidad, para que
la interacción del usuario con el dispositivo se realice únicamente en 3 pasos, como
se mencionará más adelante.
El sistema motriz tiene la capacidad necesaria para hacer que la bebida gire a una
velocidad constante.
5.2 DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DEL DISPOSITIVO DE ENFRIAMIENTO
RÁPIDO
Anteriormente se mencionó que el diseño del dispositivo de enfriamiento rápido está
enfocado a satisfacer necesidades relacionadas a usuarios comerciales, en específico negocios de
venta de bebidas para consumo inmediato, tomando en cuenta que el factor tiempo y temperatura
es el principal en solucionar con este diseño.
Este dispositivo como se muestra en la Figura 91, para su funcionamiento únicamente
requiere ser llenado con 4 litros de agua, en el tanque superior una sola vez al día.
Figura 91. Llenado de tanque superior
131
Después de esto el sistema requerirá un tiempo de espera, para la generación de hielos en
el tanque de reserva, esta masa de hielos es suficiente para poder iniciar el enfriamiento de
bebidas, en este prototipo las variables de ruido estarán controladas, ya que el sistema está
totalmente sellado y las partes que contendrán el fluido intercambiador de calor (agua a 0.5°C),
contarán con material aislante como espuma, para mantener una temperatura controlada al interior
del dispositivo.
Al instante que el dispositivo muestre la señal de que se encuentra listo para poder utilizarlo,
la unidad es los suficientemente sustentable para enfriar un determinado número de bebidas en
veinte ciclos continuos, sin que el usuario tenga que esperar un tiempo entre ciclos a la temperatura
ideal, como se muestra en la Figura 92,
Figura 92. Enfriamiento de bebidas
132
5.3 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE LA UNIDAD DE REFRIGERACIÓN
Después de la experimentación y un análisis matemático, se demuestra como los factores
que influyen para la generación de una masa determinada de hielos, depende de la capacidad que
tiene el compresor, el diseño del condensador y el número de pines que tiene el evaporador, así
Aquí se puede observar cuales variables son las que se deben modificar para después de
realizar pruebas de usabilidad, mejorarlas en un trabajo a futuro.
Se propone usar un compresor de velocidad variable, con una capacidad de 330 Btu/h, este
compresor tiene la capacidad de generar 2 kilos de hielo en 30 minutos como se muestra en la
Figura 93:
Figura 93. Evaporador generador de hielos
Es por esto que para que el sistema funcione, el usuario necesitara colocar 4 litros de agua
y esperar 30 minutos para poder usar el dispositivo.
Con esta cantidad de hielo la unidad es capaz de enfriar una lata de refresco en 2 minutos a
6°C, y si se quisiera enfriar continuamente, se puede llegar a enfriar 20 latas con la misma carga
de agua, sin ningún tiempo de espera entre cada lata.
133
El evaporador se encuentra dentro de este tanque capaz de albergar 4 kilos de agua como
se muestra en la Figura 94:
Figura 94. Evaporador y contenedor
Al poner en funcionamiento el sistema el gas entra al evaporador a -20°C y al ponerse en
contacto la superficie del evaporador con el agua que se encuentra a 23°C, inicia la formación de
hielo como se presenta en la Figura 95:
Figura 95. Formación de hielos
Al terminarse de formar los hielos el sistema cuenta con una bomba para evacuar el agua al
contenedor donde se llena el dispositivo como se muestra en la Figura 96, permitiendo así que
ocurra el deshielo; en ese instante se activa una válvula de 2 estados donde:
134
1. Evitar que el refrigerante pase del condensador al evaporador (caliente – frío) y;
2. Hace que pase el refrigerante del condensador al evaporador (para deshielo).
Figura 96. Drenaje de agua del contenedor de hielos
Al momento que los hielos se han formado, la válvula se activa en el segundo estado,
haciendo que el refrigerante que está a mayor temperatura en el condensador, regrese al evaporador
y al tener esta diferencia de temperaturas, permite realizar el deshielo con ayuda de la gravedad y
el material del evaporador, como se ve en la Figura 97:
135
Figura 97. Deshielo
Este sistema funciona en ciclo cerrado hasta que la cantidad de hielo sea la suficiente y
poder llevar el agua a 0.5°C y el sistema esté listo para funcionar así como se ve en la Figura 98
llegando a tener un almacén de hielos de 3 kilos en el contenedor superior.
Figura 98. Almacén de 3 kilos de hielo
136
Procediendo así ya cuando el agua se encuentre a 0.5°C enfriar las bebidas a la temperatura
ideal en un tiempo de 2 minutos como se muestra en la Figura 99:
Figura 99. Enfriamiento de bebidas––
5.4 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA MOTRIZ
Como anteriormente se mencionó, es necesario tener un sistema motriz que permita que la
lata gire durante el proceso de enfriamiento, en la Figura 100, se puede observar un sistema con 2
ejes conectados a un sistema de tres poleas tipo H y una banda PolyV
Figura 100. Sistema motriz
137
Se ha realizado un modelo dinámico para predecir cómo se va a desenvolver este sistema
mecánico en el tiempo en base a las entradas que en este caso es el torque que genera el motor,
eso nos permitirá saber qué velocidad y aceleración alcanza, todo eso en base a las fuerzas que
interactúan en el sistema.
Para poder calcular las velocidades que se tiene en el sistema se conoce que el torque es
proporcional al momento de inercia por la aceleración angular e incluyendo las fuerzas de fricción
que existirá entre los ejes y los contenedores de bebidas como se puede ver en la Ecuación 7:
𝑇 = 𝐼 ∝ + 𝛽𝑊
Ecuación 13. Comportamiento sistema motriz
Donde:
T= Torque
I= Inercia
∝= Aceleración angular
𝜷= Constante de fricción
W= Velocidad angular
Con esto se pudo calcular el momento de inercia equivalente para entender como el valor
de masa que corresponde a la bebida, está girando en función del giro que realizan los dos ejes que
van conectados a las poleas y determinar el esfuerzo que se requiere del motor para girar las poleas.
Se propone utilizar un motor de corriente directa, el cual estará trabajando a 4000 RPM y
con el diseño de las poleas como se ve en la Figura 101, transmitirá una potencia de 2255 RPM
en las poleas que conectan a los ejes.
138
Figura 101. Transmisión de potencia con poleas tipo H y una banda PolyV
Para comprobar la eficiencia de este sistema en el Anexo D, se puede observar los resultados
del modelo realizado en el Software Matlab, donde se verá que el comportamiento del sistema
motriz es sustentable y que el inicio de la operación no sea desbocado ala alcanzar el máximo de
velocidad y evitar el exceso de energía requerida por el motor.
5.5 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE EL SISTEMA HIDRAULICO
Después de todas las pruebas realizadas, se determina que el ideal para enfriamiento rápido
de bebidas es manejar un caudal de 100 mililitros/ segundo, es decir los cuatro litros que coloca el
usuario, después de hacer constantemente hielos, debe mantener en circulación del fluido por la
unidad, es por esto que se ha utilizado 2 bombas, la primera llevara el agua del interior del tanque
hacia la regadera; la segunda llevara de regreso el agua que queda en el contenedor hacia el tanque
como se muestra en la Figura 102:
Figura 102. Sistema hidráulico
139
5.6 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
A continuación se explica de manera breve la lógica de control propuesta para el
funcionamiento del dispositivo de enfriamiento rápido, misma que será capaz de accionar o detener
cada uno de los subsistemas como: el de refrigeración, el hidráulico, el motriz y un último
subsistema de operación que controle el tiempo de funcionamiento correcto de cada uno, para poder
entender las funciones se las ha divido en 4 etapas.
Para la elaboración y ejecución del sistema de control se utilizará en este prototipo
programación en micro controladores, en el cuál sus principales entradas de señal será: un sensor
de nivel, un sensor de temperatura e interfaz usuario - máquina (LCD), que en este caso será el
menú de opciones que dependerán del requerimiento del usuario.
En el Diagrama 1, se muestra el inicio del funcionamiento del equipo, donde el usuario
tendrá que colocar la cantidad necesaria de agua y con el sensor de nivel el sistema detectará si es
la cantidad suficiente de agua y poner en ejecución la operación formación de hielo.
A esta se le llamara la etapa I o de inicio, donde se evalúa la cantidad de agua precisa y la
temperatura a la que el fluido estará al interior de este tanque contenedor, es indispensable recalcar
que tanto el sensor de nivel como el de temperatura se encontrarán en el tanque superior.
140
Diagrama 1. Inicio de operaciones del sistema (etapa I)
Cuando el sistema genere la orden que está listo para operar, lo siguiente será la etapa II
donde la función es formación de hielo, aquí entra el sistema de refrigeración en funcionamiento,
permitiendo que se genere la primera cosecha de hielos.
Después de un tiempo programado, activa la bomba de retorno, enviando toda el agua del
tanque superior hacia el contenedor y en este caso el sensor de nivel al detectar un nivel bajo y
después de cierto tiempo activa la válvula de dos vías, para que por medio de la gravedad realizar
el deshielo, como se muestra en el Diagrama 2.
141
Diagrama 2. Entrada función formación de hielo (etapa II)
Para poder realizar el control de las etapas y secuenciar la generación de hielo necesaria
para el funcionamiento del dispositivo se cuenta con un estado de operación, tipo administrador
que en este caso será la etapa III.
En el Diagrama 3, se puede observar que el administrador da la verifica que la etapa I, esté
lista para dar la orden de formación de hielo, aquí se tiene un contador de cosechas, es decir en esta
etapa se tendrá como salida la verificación de estados de operación.
142
Diagrama 3. Verificación de estados de operación (etapa III)
Al verificar el sistema que la temperatura del agua está a 0.5°C, la unidad está lista para
que el usuario pueda usarla, entrando a la función operación, en este caso llamado etapa IV.
Aquí el sistema le avisa al usuario que se encuentra lista para operar, pudiendo seleccionar
el tipo de bebida a enfriar y el sistema reconocerá la opción y encenderá el sistema motriz e
hidráulico, los mismos que se mantendrán encendidos durante el tiempo que el tipo de bebida lo
requiera, como se puede ver en el Diagrama 4.
143
Diagrama 4. Verificación de estados de operación (etapa IV)
Sin embargo si en el momento que la unidad ya se encuentre lista para el funcionamiento y
el usuario no requiera utilizarla, el sistema está pensado para entrar en un modo de mantenimiento,
y evitar pérdidas de calor, es decir pensada en función de usuario.
Este modo de mantenimiento tiene un contador, para que la unidad de refrigeración se
encienda en determinado tiempo si no está en uso (etapa IV), así si el control se mantendrá en
144
función del sensor de temperatura y un rango que se le da para que la unidad automáticamente
vuelva a generar hielos y entre en modo formación de hielos automáticamente.
145
6 CONCLUSIONES.
Este proyecto de tesina se realizó con el principal objetivo de determinar y comprobar cuál
es la verdadera problemática alrededor del enfriamiento rápido, encontrando el área de oportunidad
para el desarrollo de un nuevo producto para la empresa Mabe, y siendo esta una oportunidad de
adentrarse a un nuevo mercado y modelo de negocio con usuarios comerciales, como restaurantes
y bares.
Con el análisis de la información obtenida directamente con el usuario, se logró determinar
patrones e insights, los cuales fueron la base para generar principios de diseño sustentados en
usuario, siendo esto el pilar fundamental del proyecto; así habiendo entendido la parte de factores
humanos y deseabilidad para este producto, se procedió a convertir esta información en un producto
técnicamente factible.
Se logró adoptar varías tecnología de enfriamiento, mejorándolas en función del diseño de
este producto, técnicamente resuelto cada uno de los componentes y elementos que integran el
producto, además de su interacción de uno con otros; como una propuesta de un prototipo
técnicamente funcional, pensado en evitar cualquier tipo de modo de falla y controlando la mayoría
de variables de ruido a través de un diseño mecánico robusto.
146
Logrando obtener un tiempo de enfriamiento de 2 minutos por bebida, haciendo que el
usuario comercial no necesite tener tantos refrigeradores encendidos todo el tiempo para enfriar
bebidas, sino ofrecerle una solución más práctica que generará ahorro en energía y dinero, adicional
a esto ofrecer un producto que permita obtener la temperatura ideal de la bebida, no solamente
generará mayores ingresos, sino fidelidad de clientes, haciendo que la cadena de clientes crezca
convirtiendo en un ganar – ganar para todos.
Y a pesar de ser el primer prototipo funcional, la mayoría del diseño de los componentes
está pensado para que en un futuro sea fácilmente manufacturable, utilizando procesos de
fabricación y manufactura ya conocidos en Mabe, además de la integración de ciertos componentes
que son adquiridos por proveedores actuales de la empresa.
Al haber trabajado no sólo en la parte enfocada a usuario, sino además en una solución
técnica factible, la realización de diseños de experimentos y prototipos rápidos son fundamentales
para probar conceptos técnicos, y ayudar a proponer una solución que controlen cada una de las
variables que intervienen en el enfriamiento de bebidas en menor tiempo.
Logrando generar un prototipo funcional que pueda ser sometido a pruebas de campo con
usuario y a instrumentación técnica, para detectar posibles defectos y proponer mejoras
anticipadamente antes de meter este producto a una línea de producción, esto genera grandes
ahorros de costo, tiempo y calidad.
En lo personal gracias a mi formación tanto como la parte de ingeniería en diseño industrial
y la técnica en sistemas de manufactura, me ha permitido adentrarme en estos dos grandes
universos del diseño y la ingeniería, siendo un gran reto asimilar todo un mar de información para
entender al usuario desde una perspectiva psicológica, antropológica, social, económica,
aprendizaje vivencial, para no quedarme en la idea del “yo creo que el usuario necesitaría esto”,
147
sino proponer soluciones enfocadas a satisfacer problemas reales que tiene el usuario (factores
humanos) y con esta información generar innovación con la tecnología (factores técnicos), no
dejando las ideas en pensamientos, sino convirtiéndolos en ideas tangibles.
Con el complemento y uso de esta y otros tipos de metodología que van centradas
principalmente en el usuario, se dejará de crear productos que solo imponen al usuario su compra
para un consumismo irracional, sino que los productos van enfocados a resolver problemas reales
y facilitar la vida del ser humano.
148
7 TRABAJO A FUTURO
El siguiente capítulo se enfoca a dar recomendaciones que ayuden a mejorar el diseño del
dispositivo de enfriamiento rápido, así como se ha venido trabajando, es importante que después
de que haya terminado la fabricación del prototipo funcional y esté listo, se realice un sembrado
con clientes de bares y restaurantes.
Así ya en un trabajo real a diario, se puedan obtener información para mejoras en cuanto a
interacción usuario y producto, obteniendo resultados y retroalimentación del usuario final que
prueba su bebida fría, el funcionamiento de la maquina con el personal que atienden estos puntos
comerciales y adicional las posibles mejoras técnicas que se le pueda dar a la máquina relacionada
a su capacidad de trabajo.
Como anteriormente se mencionó los elementos y componentes que intervienen para
optimizar la capacidad de enfriamiento de bebidas y lograr enfriar mayor cantidad de bebidas en el
mismo tiempo se propone utilizar un compresor de mayor capacidad, mínimo 700 btu/ hora, este
mismo compresor es el que afecta directamente a uno de los factores clave para deseabilidad del
producto, como lo es el espacio y tamaño de la unidad.
Adicional se propone el diseño de un evaporador con mayor capacidad para generar mayor
masa de hielo, formando 24 cilindros de hielo como se muestra en la Figura 103:
149
Figura 103. Evaporador para 24 cilindros de hielo
Así con una capacidad mayor de hielo, se puede enfriar mayor cantidad de bebidas en el
mismo tiempo, es por esto que se propone el diseño de un enfriador de bebidas con la capacidad
de 4 latas o 2 botellas para enfriar al mismo tiempo como se observa en la Figura 104:
Figura 104. Propuesta de diseño para mayor capacidad de bebidas
150
Para reducción en costo en cuestión de componentes, se propone integrar en el tanque
superior un concepto llamado sifón, el cual permitiría ahorrase una bomba de agua y el sensor de
nivel, ya que el agua llegaría a la altura máxima de la salida del sifón y también permitiría el
vaciado del tanque para el uso de la regadera, como se observa en la Figura 105:
Figura 105. Propuesta de sistema hidráulico tipo sifón
Se propone para análisis futuro usar el mismo concepto del evaporador en forma de peinilla
para generar hielos, enfriar el agua y que las botellas o lata se encuentren en contacto con la misma
área, como se observa en la Figura 106:
151
Figura 106. Propuesta de enfriamiento de bebidas
Después del estudio con usuario sobre las oportunidades alrededor del enfriamiento rápido,
se propone también como un área de oportunidad para mejorar de productos Mabe, implementar la
opción de enfriamiento rápido dentro del refrigerador no solo de bebidas, sino también de
alimentos, como se observa en la Figura 107:
Figura 107. Propuesta mejora como área de oportunidad
152
8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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156
9. ANEXOS
ANEXO A. DIAGRAMA PROCESO DE DISEÑO CENTRADO EN
USUARIO
En la Figura 108 se muestra el proceso de diseño centrado en usuario, se observa dos etapas
muy importantes relacionadas a factores técnicos y factores humanos, donde se inicia con una
investigación con usuario, para proseguir a identificar, las áreas de oportunidad para nuevos
productos, servicios o para mejorar los ya existentes, prosiguiendo con la ideación de manera muy
abstracta para no limitar la innovación, continuando con una validación con usuario y refinando
estas ideas.
Después se procede en hacer realidad estas ideas en algo tangible, proponiendo conceptos
de diseño, que deben ser probados y analizados experimentalmente, procediendo así a un modelado
CAD, donde se van definiendo conceptos de partes y componentes, con esto predecir posibles
modos de falla para realizar cambios, llegando así a un prototipo técnicamente funcional.
Como resultado de esto se procede a evaluación con planeación de producto donde se
centran las áreas encargadas de verificar deseabilidad con usuario, factibilidad técnica y viabilidad
económica
157
Figura 108. Proceso de diseño centrado en usuario
ANEXO B. PROTOTIPOS FUNCIONALES EXPERIMENTALES
ANEXO B.1 PROTOTIPO PARA VALIDAR LA CORTINA DE AGUA
Con este prototipo se pudo validar la importancia de hacer una cortina de agua como se
muestra en la Figura 109, que envuelva correctamente la superficie de la lata, en algunos puntos
se vio que a pesar que el fluido caía constantemente se formaba huecos, es por esto que este modelo
se descartó.
Figura 109. Validación cortina de agua
158
ANEXO B.2 PROTOTIPO EN CONCEPTO VALIDACIÓN EVAPORADOR
En la Figura 110 se muestra el diseño del concepto de un evaporador de mayor longitud y
con este se buscaba ¿Cuál es la mejor manera de transmitir calor del agua hacia el refrigerante?
Después de una evaluación y validación se buscó una nueva alternativa, ya que para un
enfriamiento rápido se necesitaba una cantidad promedio de 16 litros de agua.
Figura 110. Prototipo en concepto validación evaporador
ANEXO B.3 PROTOTIPO EN CONCEPTO CILINDROS CONCÉNTRICOS
En la Figura 111 se muestra el diseño de cilindros concéntricos, donde se logró conseguir
tiempos bajos de espera para funcionamiento de la unidad y enfriamiento de bebidas, sin embargo
después de una validación, se determinó que la manufactura es muy complicada y costosa,
pensando como un producto que a fututo se pueda llegar a producir en grandes cantidades.
159
Figura 111. Cilindros concéntricos
En la Figura 112 se puede observar la variante que se tiene con el coeficiente de
transferencia con relación al diámetro del cilindro y la velocidad de giro en RPM de la lata.
Figura 112. Relación transferencia de calor
160
Después se procedió a instrumentar y realizar un diseño de experimento para verificar el
comportamiento de la unidad logrando un ttiempo de enfriamiento de agua en 20 minutos de 21.5C
a 0°C.
Sin embargo como se muestra en la Figura 113 se ve que el condensador sube la
temperatura rápidamente necesitando enfriarlo forzosamente con un ventilador de alta capacidad,
implicando mayor consumo energético y la necesidad de crecer el producto.
Figura 113. Comportamiento cilindros concéntricos
ANEXO B.4 MOCKUP PARA DIMENSIONES
Se realizaron varios mockups, mock-up o modelos a tamaño real del diseño de este
dispositivo, se lo realizó con la finalidad de demostración, evaluación del diseño, promoción, y
para otros fines. Este mockup como se ve en la Figura 114, principalmente nos proporcionó la idea
del producto de manera volumétrica, y pensando en posibles fallas de diseño.
161
Figura 114. Propuesta en mockup
ANEXO C MODELO E INVESTIGACIÓN EFECTO RANKINE VORTEX
El modelo matemático usado en dinámica de fluidos como es el efecto Rankine Vortex, ha
sido estudiado y analizado largamente.
Este es un sencillo modelo de dos ecuaciones que describen paramétricamente un flujo
turbulento, caracterizado por un vórtice forzado en el núcleo central y un vórtice libre al aumentar
la distancia desde el centro, los parámetros fundamentales son el radio de vientos máximos y la
velocidad del viento máxima, se puede observar en la Figura 115, la disposición del fluido:
Figura 115. Efecto Rankine Vortex en fluidos
162
El vórtice combinado de Rankine es un modelo simple que posee solamente una velocidad
azimutal, siendo así que sin los componentes de la velocidad azimutales, no existiría un
mecanismo que pueda producir un vórtice de Rankine como en la atmósfera real.
El vórtice de Rankine a menudo se llama un vórtice combinado de Rankine a razón de que
tiene dos campos de flujo separadas. El campo de flujo interior (núcleo) implica solamente una
velocidad azimutal que aumenta linealmente con el radio de cero a lo largo del eje central a un
valor máximo en un radio (R).
Así, esta región gira como un cuerpo sólido a pesar de que es fluido, mientras que el flujo
exterior (cola), también es puramente acimutal con la máxima velocidad a la radio R. La velocidad
disminuye inversamente con el radio desde este punto hacia el exterior. Dicho flujo se llama un
flujo potencial porque hay una velocidad de función potencial escalar para ello, la descripción
matemática del vórtice combinado es:
𝑉𝜃(𝑟) =𝑉𝑜𝑟
𝑅 (𝑟 < 𝑅); 𝑦 𝑉𝜃(𝑟) =
𝑉𝑜𝑟
𝑅 (𝑟 > 𝑅);
Ecuación 14. Modelo matemático Vortex
Donde:
V0 = fuerza vórtice (velocidad azimutal en núcleo).
r = coordenada radial.
R = radio del vórtice exterior.
Vθ = ∂Ψ/∂r. flujo de cola que puede ser derivable de un potencial escalar (Φ).
Para entender más técnicamente este modelo debemos ver a Tc en la Figura 116, como
temperatura crítica en el canal-d de onda, este tiene una dependencia con la concentración del valor
163
propio máximo de la kernel 𝑤𝑖𝑗 (T) para varias temperaturas, y dependiendo de la concentración
de energías como se muestra en la figura.
Figura 116. Comportamiento de temperatura modelo Rankine
ANEXO C MODELO DINÁMICO COMPORTAMISNTO SISTEMA MOTRIZ
A continuación se presenta el modelo dinámico, que representa el comportamiento del
sistema motriz del dispositivo, tomando en cuenta el torque de salida del motor hacia las poleas, y
la transmisión hacia los ejes que darán el giro a el envase de bebida, todo esto tomando en cuenta
el momento de inercia que se produce en la botella de vino que es la de mayor cantidad de masa
que soportará el sistema motriz.
Adicional a esto se puede predecir con este modelo, que comportamiento tendrá el sistema
motriz al darle un tiempo de estabilización o de inicio de 1 segundo, determinando así la velocidad
angular en cada uno de los ejes y la velocidad alcanzada por el envase al encontrase ya en giro.
164
Figura 117. Modelo dinámico sistema motriz