Esta es la séptima sesion del Seminario de Manufactura Sustentable realizado en la UPIITA-IPN en México. El tema que se aborda son Ecodiseños.

1. Seminario de Manufactura Sustentable
Sesión 7
Diseño de Productos
Sustentables
Héctor Domínguez Aguirre
16 de Noviembre 2011
UPIITA-IPN
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3. Introducción
El ecodiseño no es solo crear productos
más atractivos, sino crear soluciones a
necesidades reales que sean amigables al
medio ambiente y la sociedad.
El Ecodiseño es una aproximación al diseño
de un producto con una consideración
especial en los impactos ambientales
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durante todo el ciclo de vida del producto.

4. Antecedentes
Los esfuerzos iniciales de producción limpia
se enfocaron en reducir los impactos de la
contaminación y desperdicio después de ser
producidos. Métodos de “Fin de la tubería”.
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5. Tendencias de un producto
ecológico
Nissen en 1995 generó una lista de
tendencias con las cuales se caracteriza un
producto ecológico:
1) El material usado se encuentra
abundantemente en la naturaleza
2) Los procesos de manufactura requieren
pequeño consumo de recursos naturales
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3) Las emisiones de desechos peligrosos en
la producción son mínimas

6. Tendencias de un producto
ecológico
4) Cuando se usan, el producto es amigable
al medio ambiente
5) procesos de remanufactura o reciclaje
deben de ser amigables al ambiente
6) Cuando finalmente se eliminan, el
impacto ambiental de desechos o
incineración es mínimo.
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7. A partir del 2000 se empezó a analizar la
sustentabilidad del diseño de los productos
y su manufactura, mientras se presentó el
concepto de lazos cerrados para la industria
y el retorno de los desechos al medio
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ambiente debe de ser minimizado o
eliminado.

8. Todo el ciclo de vida de un producto debe
de ser comprendido integralmente para
predecir el impacto ambiental del mismo:
Desarrollo del producto avanzado
Diseño
Producción
Mercadotecnia
Compras
Administración del proyecto
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9. Parámetros que deben de ser analizados:
Consumo de recursos (energía, materiales,
agua o área de tierra.
Emisiones al aire, agua y la tierra al ser
relevante al medio ambiente y salud
humana
Análisis misceláneo (ruido, vibraciones, etc.)
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10. Debe tomarse cuenta:
Las necesidades y deseos de los clientes
Requerimientos legales o del mercado
(competidores)
Datos referentes al producto y los procesos
de manufactura
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11. El concepto de ecodiseño
“Soluciones Sustentables son productos,
servicios, híbridos o cambios del sistema
para minimizar los impactos negativos y
maximizan los positivos – economía, medio
ambiente, social y ético – a través y mas
allá del ciclo de vida de productos o
soluciones existentes, mientras se cubren
las necesidades y demandas de la
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sociedad”

12. Mejoras al implementar los
ecodiseños
●Mejoras en los procesos tecnológicos y los
productos.
●Reducción de costos a través de
verificación y modificación de productos en
etapas tempranas de desarrollo.
Seguimiento de las necesidades de los
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●
clientes.

13. Mejoras al implementar los
ecodiseños
• Creación de nuevas necesidades y
requerimientos del cliente.
• Decrementos del consumo de energía y
materiales en los productos en todo el
ciclo de vida.
• Reducción del peso del producto y sus
empaques.
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• Reducción de costos productivos y de
explotación.

14. Guías para realizar el Ecodiseño
• No diseñar productos sino ciclos
de vida: Diseñar ciclos de vida de productos
ambientalmente amigable. Pensar en las
entradas de materiales y la energía usada en
un producto durante todo su ciclo de vida.
• Usar materiales mínimos:
Considerar la reducción de recursos y
materiales usados. Optimizar las dimensiones,
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fuerza requerida y técnicas de producción.
Fomentar reducción de transporte y consumo
de combustibles.

15. Guías para realizar el Ecodiseño
• El consumo de energía: Considerar
los consumos de energía en cada etapa del
ciclo de vida.
• Incremento del tiempo de vida
del producto: Promover la utilidad del
producto por largo tiempo.
• Usar materiales reciclados: No
solamente hacer el producto reciclable, sino
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usar materiales reciclados lo más posible.
Reducción de uso de materiales nuevos y de los
desechos.

16. Metodologías del Ecodiseño
El proceso de diseño es diferente para
diversas compañías y productos. Diferentes
industria usan diferentes formas y
herramientas para el ecodiseño y desarrollo
de sus productos.
En pequeñas organizaciones el producto
puede ser desarrollado por una sola
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persona, de manera más intuitiva que
formal.

17. Etapas del Ecodiseño
• Planeación
• Concepción
• Diseño de detalle
• Estimación del producto
• Introducción al mercado
• Investigación / Prototipo
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18. Planeación
• Concepción de la idea del producto
• Prioridad económica, tecnológica y ecológica
para el producto
• Producto nuevo o modernización
• Estrategia total de la compañía ambiental.
• Referencia al sistema de administración
ambiental
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• Negocios para el medio ambiente, expectación
del cliente o mercado, legislación,
ecoetiquedo planeado, y competencia de
productos.

19. Concepción
• Integración de los aspectos de ecodiseño
• Verificar las posibilidades ejecutivas
• Aplicar guías, listas de verificación de
acción dedicadas al ajuste de
especificaciones
• Contacto con proveedores
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20. Diseño de detalle
• Herramientas de ecodiseño y aplicación
de bases de datos
• Búsqueda de materiales alternativos
• Revisión de los análisis de ciclo de vida
para un mejor entendimiento del
producto
• Diseño considerando
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ensamble/desensamble

21. Estimación del producto
• Estimación del éxito del producto
• Definición de nuevas versiones
• Definición de innovaciones
• Comparación con competidores
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22. Introducción al mercado
• Información sobre las mejoras ecológicas
en el producto
• Presentación de las ventajas competitivas
(calidad, costos de ciclo de vida)
• Mejora en la concienciación de los
clientes
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23. Investigación / Prototipo
• Estimaciones basadas en
generaciones previas del producto
• Verificación de los objetivos
originales
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24. Análisis del Ciclo de vida del producto
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25. a) Materiales
La fase de materiales incluye tanto la
extracción de los materiales, como el tipo de
material utilizado en los productos. Se tiene
en cuenta también la cantidad de material
utilizado y algunos otros factores quizá de
menor importancia.
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26. Reducir el impacto ambiental de los
materiales utilizados
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27. Reducir la cantidad de material
usado y el consumo de recursos
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28. b) Producción
• La reducción del consumo energético en
los procesos de producción (modificando
el proceso o aplicando nuevas técnicas de
producción, p.e., nuevas técnicas de
soldadura).
• La reducción de la generación de residuos
durante la producción (uno de los mejores
métodos es el reciclaje in situ).
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• La reducción del impacto ambiental de los
procesos productivos.

29. c) Transporte
• Transportar los productos en partes
separadas, que pueden ser acopladas, es
una forma eficiente de maximizar la
carga.
• La reducción de la cantidad de material
utilizado y de consumo de combustible y
energía de transporte
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30. d) Uso
• Reducir el consumo de energía
• Incrementar la vida útil, reduciendo
el consumo adicional de materiales
• Fácil utilización
• Fácil mantenimiento
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31. e) Fin de vida
• Los productos deberán ser
diseñados para facilitar su
reciclabilidad, separabilidad,
desensamble y reutilización.
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32. Reciclabilidad (no mezclar materiales
incompatibles para el reciclaje)
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33. Identificación y Separabilidad
(marcando las piezas plásticas)
Ejemplo de marcado: Identificación de
plásticos en concordancia con la ISO
1043-2. Poliamida (PA) tipo 66 más un
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30% en peso de fibra de vidrio (GF).

34. Reutilización (Reutilizar partes de
aparatos o aparatos enteros)
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35. Siete pasos hacia la mejora
medioambiental
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36. Paso 1. Usar el Contexto
¿Cómo es el producto utilizado? ¿Por
quién? ¿Por cuanto tiempo?
La idea central es descubrir los impactos
medioambientales relacionados con la
funcionalidad del producto para el usuario.
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37. Paso 2. Generalidades
Se expande el análisis al ciclo de vida
completo. Incluye la forma en que el
producto se manufactura, distribuye y
desecha.
¿Cuáles son los impactos ambientales de
estos procesos?
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38. Paso 3. Eco-Descripción
Los impactos medio-
ambientales deben de ser
separados en cuatro
categorías para comparar:
Materiales, Energía ,
Químicos y Otros
¿Cuáles son las causas-raíz
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de los impactos?

39. Paso 4. Red de Actores
Se dibuja la red de todos los involucrados
que tienen influencia en el producto. Se
identifican las conexiones entre ellos y sus
impactos ambientales
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40. Paso 5. Cuantificación
Se ponen las figuras de
impactos ambientales. Se
crean escenarios para
procesos, materiales y
ciclos de vida alternativos
Se consideran los
escenarios mas
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probables.

41. Paso 6. Conceptualización
Se intenta remover o reducir
los impactos ambientales
creando soluciones hacia los
cambios del producto o el
ciclo de vida.
Se usan los principios de
ecodiseño dados como eco-
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conceptos.

42. Paso 7. Eco-estrategia
Se crea un plan de acción para los
esfuerzos medioambientales de su
compañía, especialmente para el desarrollo
del producto.
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43. Caso de estudio: Una maceta
Una compañía introduce un nuevo producto en el
mercado y desea vender una maceta para flores
con semillas de girasol incluidas.
La descripción del producto:
Maceta hecha de barro
Diámetro: 27 mm de base,
47 mm de boca
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Altura: 40 mm
Peso: 32 g

44. La tarea es diseñar un producto para
encontrar el empaque mas eficiente,
apropiado e innovativo en el mercado de la
maceta de flores y al mismo tiempo
considerar los aspectos ambientales.
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45. Los requerimientos de la compañía son:
El diseño debería ir con la maceta de flores y
ser innovador
La maceta y el empaque debería ser usados
como un medio de difusión
La maceta de barro tiene que estar bien
protegida contra daños
El empaque debería reflejar la imagen de la
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compañía

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Análisis de la competencia

47. Elección de estrategia
Se inicia con la reducción de materiales de
entrada para mejorar el empaquetado.
Lo siguiente es seleccionar las medidas que
deberían tener mayor prioridad y potencial
de mejora.
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Resultados

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Herramientas de Diseño

50. Herramientas Diseño de
producto Tradicional
●Requerimientos funcionales
●Restricciones de costos, tiempos y materiales
●Herramientas CAE de diseño:
●Diseño funcional
●División en elementos
●Procesamiento optimizado
●Análisis de Elementos/Diferencias Finitas
●2D .. 2.5D .. 3D .. 4D
●Esfuerzos sólidos/Térmicos / Fluidos
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●Propiedades de los materiales: Isotrópicos
y Anisotrópicos

51. Herramientas de Manufactura
Tradicional
• Maquinados
• Corte en puntos simples o múltiples
• Uniones, Conformados, fundiciones, etc.
• Metrología
• Nivel de Automatización: Manual,
Automático, Híbrido
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52. Herramientas computacionales
• CAM
• Integración CAD-CAM
• CNC's
• Simulaciones fuera de línea:
• Desgaste/falla de herramienta de corte
• Precisión dimensional
• Efectos de temperatura
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• Deformación elástica

53. Flujo de Diseño
Borradores e ideas originales
Análisis de Elemento/Diferencias Finitas
Dinámica de Fluidos Computacional
Análisis Cinemático y Dinámico
Visualización del Diseño y Animación
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CAM

54. Ejemplo de un proceso en Manufactura
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55. Solidificación
Fundición
●
●Calentamiento de 800 a 3000 °C
●Creación de Aleación
●Fase de estabilidad
●Metalurgia Química: Inclusiones e
Impurezas
●Mezclado y agitación
●Flotabilidad y tensión superficial del flujo
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●Burbujas en la Fundición

56. Solidificación
Fundición de Arena Nucleo de Arena
Separadores Inyector de
Fundición
Línea de
Divisón
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57. Solidificación
Para la solidificación se requiere:
Tiempo – Temperatura – Composición
Enfriado - Análisis simple de parámetros de salida
T ( τ)−T γ ( )
−h As
τ
ρV C p
=e
T 0 −T γ
T es en función del tiempo, T0 es la temperatura
inicial y Tγ la temperatura ambiente, h, As, ρ, V y
Cp, son el coeficiente de calor convectivo, el Área
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de la superficie, la densidad, el Volumen y la
capacidad de calor específico, respectivamente.

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59. Caso de Estudio: Ensamble
maquinado
Un sub-ensamble simple consiste de tres
componentes: A, B y C. A y B son maquinados
directamente por la compañía y el componente C
es obtenido de un proveedor.
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60. Métrica
La energía es usada como indicador métrico.
Puede ser calculada con los parámetros de
maquinado como la fuerza de corte, la velocidad
de avance, el ritmo de remoción de material, el
tiempo de corte, etc.
E=k ( F⋅vt )=k⋅F⋅v⋅
( )
Vr
Rr
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k es un factor de conversión, F es la fuerza de
corte, v es la velocidad de avance y Vr y Rr son el
Volumen y ritmo de remoción de material.

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Procesos en cada pieza

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Procesos en cada pieza

63. Layout by orngjce223, CC-BY
Ensamble general

64. Layout by orngjce223, CC-BY
Resultados

65. Normas y especificaciones
medioambientales
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66. Layout by orngjce223, CC-BY
Normas de impacto

67. REACH
REACH significa Regulation on Registration,
Evaluation, Authorisation and Restriction of
Chemicals (Regulación en el Registro,
Evaluación, Autorización y Restricción de
Químicos). Entró en vigor el 1o de Julio del
2007.
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68. REACH
Los principales objetivos de REACH son el
asegurar un alto nivel de protección de la
salud humana y el medio ambiente desde
los riesgos que significan usar químicos,
promoción de métodos alternativos de
pruebas, la circulación libre de sustancias
en el mercado internos y la competitividad e
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innovación mejorada.

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REACH

70. WEEE
Directiva sobre el Desperdicio en Equipo Eléctrico
y Electrónico
Es una ley en vigor desde el 2005 en la Unión
Europea. Pretende promover el reciclaje, la
reutilización y la recuperación de los residuos de
estos equipos para reducir su contaminación.
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71. RoHS
Restricciones en el Uso de Ciertas
Sustancias Peligrosas. Se aplica a Equipo
Eléctrico y electrónico.
Adoptada en febrero de 2003 por la Union
Europea. Restringe el uso de seis
materiales peligrosos en la fabricación de
varios tipos de equipos eléctricos y
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electrónicos.

72. RoHS
Restringe el uso de las siguientes seis sustancias:
Plomo
Mercurio
Cadmio
Cromo VI (conocido como cromo hexavalente)
PBB - Polibromobifenilos o Bifenilos polibromados
PBDE - polibromodifenil éteres
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PBB y PBDE son sustancias retardantes de las
llamas usadas en algunos plásticos.

73. Conclusiones
El diseño ecológico es una estrategia de la
industria de la manufactura de brindar una
oferta al mercado mas competitiva y una
oportunidad para la Eco-innovación.
Existen diferentes herramientas
desarrolladas para asistir en este proceso,
las cuales siguen metodologías que facilitan
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el análisis de impacto al medio ambiente.

74. Conclusiones
Los gobiernos están generando normas de
control medioambiental como REACH,
WEEE y RoSH, a las cuales los fabricantes
deben de ajustarse y redefinir sus procesos
y productos.
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75. Bibliografía
EcoDesign Awareness Raising Campaign for Electrical & Electronics SMEs. A Guide for
EcoDesign Tools.2nd Edition, August 2005
Feng, Shaw C y Joung, Che B. An Overview of a Proposed Measurement Infrastructure
for Sustainable Manufacturing. The 7th Global Conference on Sustainable Manufacturing.
Manufacturing Engineering. Laboratory National Institute of Standards and Technology
Gaurav Ameta et al. Carbon Weight Analysis for Machining Operation and Allocation for
Redesign. NISTIR 7560. National Institute of Standards and Technology. December
2009.
Irad Ben-Gal, Roni Katz and Yossi Bukchin. Robust eco-design: A new application for air
quality engineering. IIE Transactions (2008) 40, 907–918
Morán González, Iñigo; Mínguez Gabiña, Rikardo; Arias Coterillo, Agustín; Barrenetxea
Apraiz, Lander; Sierra Uria, Egoitz. Guía práctica de ecodiseño para el sector eléctrico y
electrónico. Departamento de Expresión Gráfica y Proyectos de Ingeniería Euskal
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Herriko Unibertsitatea - Universidad del País Vasco - The University of the Basque
Country
McAloone, Tim y Bey, Niki. Environmental improvement through product development - a
guide. Technical University of Denmark.

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CIAS!
¡GRA