Artículo original/ Original article

ISSN 2953-6553

Recibido: 2021-11-30, Aprobado tras revisión: 2022-07-15

Diseño de una cabina de pulido para el área de pintura de la empresa privada
METALMEIDA CIA. LTDA.

Design of a polishing booth for the painting area of the private company
METALMEIDA CIA. LTDA.

Freddy Narváez-Buestána, Oscar Ojeda-Ojeda b Luis Ñauta-Villa b y Pablo Narváez-Guzñay b

freddy.narvaezb@ucuenca.edu.ec, oscar.ojeda.est@tecazuay.edu.ec, luis.nauta@tecazuay.edu.ec,
pablo.narvaez@tecazuay.edu.ec

a Universidad de Cuenca, Cuenca, Ecuador
b Instituto Superior Tecnológico del Azuay, Cuenca, Ecuador

Resumen

El objetivo de este proyecto es realizar el diseño de una
cabina de pulido para la empresa privada
METALMEIDA CIA. LTDA. La función que cumple
una cabina de pulido es aspirar el aire contaminado con
partículas de polvo provenientes de las diversas tareas,
en las que se destacan: pulido, esmerilado y lijado de las
carcasas de máquinas alimenticias y elementos en
general.

Para la ejecución del mencionado proyecto se realizó
una investigación de campo con la finalidad de establecer
las condiciones técnicas tanto para el diseño, para la
construcción y como para la funcionalidad de la cabina.

En base a un análisis y estudio se determinó las
medidas óptimas para el diseño de la cabina de pulido.
Además, se establecieron los materiales para la
construcción, entre ellos figuran: tubo cuadrado de
50x50x2 y tol de acero galvanizado de 2400x1200x1 mm
de espesor.

El ventilador empleado para la extracción del aire
contaminado de la cabina es de tipo axial, debido a las
prestaciones técnicas como lo son: altos caudales y bajas
presiones.
Mediante la utilización de un software para sólidos en 3D
se realizó el diseño de la cabina de pulido, con el cual se
ejecutó un análisis estático de la estructura metálica para
determinar la zona con mayor desplazamiento, debido a
la carga del tol galvanizado y el extractor axial que están
sujetados en la parte superior de la cabina, además se
determinó el valor máximo del límite elástico y
finalmente se obtuvo el factor de seguridad que posee el
presente diseño.

Abstract
The objective of this project is to carry out the design of
a polishing booth for the private company
METALMEIDA CIA. LTDA. The function of a
polishing booth is to aspirate the air contaminated with
dust particles from the various tasks, which include:
polishing, grinding and sanding of the casings of food
machines and elements in general.

For the execution of the mentioned project, a field
investigation is carried out with the purpose of
establishing the technical conditions both for the design,
for the construction and for the functionality of the
cabin.

Based on an analysis and study, the optimal
measurements for the design of the polishing booth were
determined, the construction materials were also
established, including: 50x50x2 square tube and
2400x1200x1 mm thick galvanized steel tol.

The fan used to extract contaminated air from the
cabin is of the axial type, due to technical features such
as: high flow rates and low pressures.

The polishing booth was designed using 3D solids
software, with which a static analysis of the metal
structure was carried out to determine the area with the
greatest displacement, due to the load of the galvanized
tol and the extractor. axial that are fastened in the upper
part of the cabin, in addition the maximum value of the
elastic limit was determined and finally the safety factor
of the present design was obtained.

Palabras Claves – cabina, extractor, filtro, presión.
Keywords– cabin, extractor, filter, pressure.

DOI 10.36500/atenas.1.005

REVISTA ATENAS Vol 1, No. 1, año de publicación 2022

I. INTRODUCCIÓN

La empresa privada METALMEIDA CIA. LTDA., como parte de sus servicios de mantenimiento
de máquinas del sector de alimentos, cuenta con un área de pintura en la cual se realizan trabajos de pulido
y acabados superficiales a las diversas carcasas. En la actualidad dichos procesos se desarrollan en un
ambiente cerrado y en el mismo espacio físico y conjuntamente se encuentra el área de soldadura, tal
como se aprecia en la figura 1. Es por ello que, cuando se pule una estructura se produce una
contaminación ambiental, de tal forma, que obliga al personal a desalojar por un determinado tiempo
dichas áreas, hasta que se garantice óptimas condiciones de trabajo.

Figura 1
Área de pintura de la empresa METALMEIDA.

Elaborado por: los autores.

En la empresa privada METALMEIDA CIA. LTDA. la ejecución de trabajos de pulido a las
diversas carcasas de máquinas industriales ha provocado molestias a los trabajadores de las áreas de
pintura y soldadura, debido a la contaminación del ambiente en la cual se desarrollan las labores, ya que

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dichos procedimientos requieren del uso de aire comprimido, lo cual provoca una expulsión de polvo
dentro de la sección de trabajo.

En consecuencia, la importancia de diseñar una cabina de pulido y la viable construcción de la
misma, radica en el esfuerzo constante de preservar la seguridad y salud en el trabajo de todo el personal
que desempeña funciones en el proceso de mantenimiento que brinda la empresa.

El beneficiario directo del diseño de una cabina de pulido para el área de pintura será la empresa
privada METALMEIDA CIA. LTDA., la cual tendrá a disposición los planos establecidos en este
documento para la viable construcción de la misma, con lo cual los procesos de pulido serán acordes a lo
establecido en reglamentos de seguridad laboral e industrial.

Además, se precautelará la integridad física del operador ya que el polvo será extraído
constantemente en el proceso por medio de una turbina con filtro, la misma que generará una presión
negativa para la absorción del aire contaminado.

Finalmente se tendrá un impacto positivo en la prestación de servicios de la empresa ya que los
trabajos de mantenimiento se ejecutarán con mayor calidad y eficiencia.

II. MARCO TEÓRICO

La ejecución del mencionado proyecto se realiza en base a diferentes temas que se detallan a
continuación:

Norma Reglamento Técnico Ecuatoriano, RTE- Instituto Ecuatoriano de Normalización, INEN –
Diseño, fabricación y montaje de estructuras de acero: el RTE establece los requisitos que se deben
cumplir en el diseño, fabricación y montaje de los distintos tipos de estructuras elaboradas a partir del
acero.

Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 2 415(2016) Tubos de acero al carbono soldados para
aplicaciones estructurales y usos generales. Requisitos

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La norma establece los requisitos que deben cumplir los tubos de acero al carbono tanto negros
como galvanizados, conformados en frío, soldados (con costura) de sección circular, cuadrada,
rectangular o especial para aplicaciones estructurales, tales como: cargas de diseño para estructuras de
edificios, galpones, naves industriales, coliseos y estructuras de acero, excepto puentes vehiculares. En el
caso de que la información que se encuentra en dicho código sea insuficiente para determinar las cargas
de diseño debe utilizar la información de la norma ASCE-7.

Tabla 1
La tabla establece la clasificación y el valor de las propiedades mecánicas que debe cumplir la tubería.

Fuente: INEN, 2016.

A. ¿Qué es una cabina de pulido?

Subsole (2018), menciona lo siguiente en su artículo sobre Sistemas de extracción para cabinas
de pintura y pulido: “la cabina de aspiración es un recinto o área cerrada o semicerrada, tal como se puede
apreciar en la figura 2 acondicionada con la iluminación, las condiciones ambientales y de trabajo,
adecuado para el proceso óptimo del pulido de superficies.
Figura 2
Ejemplo de una cabina de aspiración

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Fuente: Proveedor Cabypres.

B. Importancia de las cabinas de aspiración

Cárdenas (2014) menciona lo siguiente: las cabinas para aspiración y filtrado de polvo, están
diseñadas para eliminar partículas residuales que se producen durante los trabajos de corte, lijado y pulido
de estructuras metálicas, carcasas de hierro fundido, entre otros.

El funcionamiento se basa en crear un habitáculo de trabajo formado por unos laterales y techo,
producir un flujo de aire mediante un electro ventilador a transmisión, que arrastre el polvo residual hacia
la zona de aspiración, donde un sistema de filtrado retiene las partículas.

C. Tipos de cabinas de aspiración

Esta categoría puede ser de cuatro tipos en función de las necesidades finales industriales. A
continuación, se detallan cada una:
Cabina de aspiración y filtración de polvo con módulo filtrantes: La filtración se realiza mediante
filtros clase G4. Dotada de paneles laterales de avance que delimitan el espacio de trabajo y permiten
trabajar con elementos en su interior. En la figura 3 se puede observar este tipo de cabinas y el filtro que
utiliza.

Características principales:
● Aspiración frontal: a través de rejillas metálicas.

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● Filtración frontal: con filtros extraíbles clase G4-EN 779.
● Fácil sistema de acceso a los filtros para su sustitución.
● Construcción: techo y contorno lateral de avance con paneles tipo sandwich prelacado y aislante

con poliuretano. Perfilería estructural de unión y soporte.
● Extracción de aire: mediante ventiladores centrífugos.
● Cajones para recogida del polvo residual.
● Provista de Armario eléctrico de control e iluminación.

Figura 3.
Cabina de aspiración y filtración de polvo con módulos filtrantes.

Fuente: Proveedor Tecnicabina (España).

D. Iluminación de la cabina

La iluminación del habitáculo es uno de los aspectos más importantes debido a que de esto
depende la calidad visual de los productos y la seguridad de los operarios. En los espacios de pulido se
utiliza un tipo de iluminación directa y el nivel de iluminación debe ser uniforme y aproximadamente de
750 a 1000 luxes de acuerdo al método de los lúmenes. En la figura 4 se tiene un ejemplo de cómo van
ubicadas las luminarias.

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Figura 4
Ubicación de luminarias en una cabina.

Fuente: Proveedor Metron (Empresa Internacional).

E. Simulación en software

Cárdenas (2014) en su estudio menciona que: “la simulación permite someter los diseños a
condiciones reales para mejorar las características técnicas previo a la construcción del producto, al
tiempo que se reduce los costes de la creación de prototipos y las pruebas físicas.

El software SOLIDWORKS Simulation es un conjunto de herramientas de ingeniería en 3D con
el que los diseñadores de productos de cualquier sector podrán configurar entornos virtuales del mundo
real para probar el comportamiento, rendimiento y calidad del producto durante el proceso de desarrollo.
A manera de ejemplo, en la figura 5 y figura 6 se aprecian capturas de pantalla de la simulación de la
cabina de pulido para el área de pintura. En las cuales se puede apreciar la calidad visual del software
empleado.

Figura 5
Vista frontal del ensamble de cabina de pulido.

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áreas o partes como lo son: perfil estructural y recubrimiento, sistema de extracción del polvo, sistema de
iluminación de acuerdo a los niveles de luxes definidos en la normativa.

Además, se empleó una investigación de tipo cuantitativos con relación a las medidas mínimas
para el diseño, carga admisible para la estructura metálica y renovaciones de aire en el interior de la
cabina.

En primera instancia se realizó una investigación bibliográfica de tipo documental de acuerdo a
las exigencias de desarrollo y avances en el tema enfocadas a mejorar el proceso de pulido a través de
una cabina, con el propósito de detectar, ampliar y profundizar diferentes caminos, teorías,
conceptualizaciones de diferentes autores.

Además, para el desarrollo del proyecto se utilizó como guía el libro Mecánica de Fluidos – Sexta
Edición del autor Robert Mott (2006), en el cual se detallan fórmulas para su desarrollo. También se
maneja la investigación de campo que consiste en obtener toda la información directa de la empresa
realizando inspecciones visuales del área de pintura, para conocer ampliamente las características técnicas
de diseño que debe poseer la cabina de pulido como lo son: dimensión disponible en el área de pintura
donde se pretende emplazar la cabina.

Para obtener una adecuada selección de alternativas sobre diseños de cabinas se debe tener en
cuenta varios factores como: la resistencia del material, disponibilidad de adquisición ya sea fabricación
nacional o internacional, la maquinabilidad de los materiales en las diversas máquinas herramientas y el
espacio disponible para la implementación de la cabina para todo ello se realizó una investigación de
campo.

La revisión de diseños similares pertenecientes a proveedores de cabinas de pintura sirve como
referencia para analizar el funcionamiento de diversos sistemas que conforman una cabina, entre ellos
están: el sistema de extracción, de filtrado de polvo y de la estructura. De este modo, se define la propuesta
de diseño más adecuada para los requerimientos de la empresa METALMEIDA CIA. LTDA.

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Posterior a la revisión de diseños se realiza un dimensionamiento preliminar en bocetos, con la
finalidad de tener una visión general de la cabina de pulido. Una vez definido el esquema de la cabina se
emplea el software SolidWorks, el cual brinda la opción de simulación en tres dimensiones e interacción
con los distintos componentes.

La fase de ejecución del proyecto culmina con la elaboración del diseño final de la cabina de
pulido para el área de pintura de la empresa privada METALMEIDA CIA. LTDA., en base a las
consideraciones necesarias para que el diseño sea adaptable a los diversos procesos de pulido.

A. Cálculos técnicos

Los cálculos se realizaron de acuerdo a las medidas del diseño propuesto, desarrollado por las
necesidades de la empresa, como se detallan a continuación en la Tabla 2.
Tabla 2
Dimensiones de la cámara de pulido.

Dimensiones de la cámara de
pulido

Ítem Medida [m]
Profundidad 2,45

Ancho 2,92

Altura 2,45

Elaborado por: los Autores
De acuerdo, a estos valores indicados se procede a calcular el volumen del espacio utilizado para

el proceso de pulido, que será referencia para el cálculo del caudal necesario de aire, para ello se aplica
la ecuación que se muestra en (1).

�� = �� ×��× �� (1)

dónde:

Vc es el volumen de la cabina en m3

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Pc es la profundidad en m.
Ac es el ancho en m.
Hc es la altura en m.

�� = 2,45 × 2,92 × 2,45 = 17,52 �3

B. Diseño de la cabina de pulido

Para el diseño estructural de la cabina, se ha tomado en cuenta las cargas que actúan sobre la
misma. En base a los requerimientos de espacio, se realizó la configuración adecuada. En el software de
SolidWorks se diseña la estructura inicialmente con un boceto en tres dimensiones tal como se aprecia en
la Figura 7.

Figura 7
Boceto estructural de la cabina de pulido.

Elaborado por: los Autores

Con el boceto realizado se colocan los componentes mediante la herramienta de diseño miembro
estructural, así como se aprecia en la Figura 8.

Figura 8

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Ensamble de perfil estructural.

Elaborado por: los autores

La cabina de pulido está formada por perfil estructural de acero, recubierta por láminas de tol
galvanizado en el interior.

En la Tabla 3 se detallan los materiales utilizados para el ensamblaje estructural, los cuales son:
tubos ASTM ST 37 50x50x2 y tol galvanizado. Las propiedades de los tubos que componen la estructura
están establecidas dentro del programa permitiendo analizar las cargas ocasionadas por el peso de las
láminas de tol galvanizado con las siguientes características:Láminas de tol galvanizado: 2400 x 1200 x
1 mm – 22,608 kg – 7,82 kg/m2

Tabla 3

Especificaciones técnicas de los perfiles estructurales comerciales.

Especificaciones técnicas

Ítem Medida
[mm]

Norma
Tubo

cuadrado
50 x 50 x 2 ASTM ST

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Tol
galvanizado

2400 x
1200 x 1

NTE
INEN 115

Fuente: Proveedor DIPAC (Ecuador).

En este caso las cargas ocasionadas por las láminas de tol galvanizado se colocarán sólo en el
techo de la cabina, las láminas colocadas en las paredes se consideran parte de la estructura, pero como
soporte y no como carga.

La figura 9 muestra la acción de las fuerzas ocasionadas por el peso de las láminas de tol,
repartidas uniformemente en los centros de gravedad de los componentes estructurales del techo y los
elementos que conforman los pórticos de la estructura.
Figura 9
Distribución de las cargas generadas por el peso de tol galvanizado.

Elaborado por: los Autores

Con las cargas establecidas se simula y se obtienen los datos de los diferentes esfuerzos presentes
en la estructura. Este programa permite realizar este análisis a través de nodos y cómo se deforman los
componentes o si existen inconvenientes en el diseño antes de ser construido, tal como se aprecia en la
Figura 10.

Figura 10

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Resultado del análisis de cargas en el techo.

Elaborado por: los Autores

Los resultados de la Fig. 10 muestran la deformación que puede sufrir la estructura, según la
gráfica se tendrá un mayor desplazamiento en la parte central de las vigas de la cabina, específicamente
donde será colocado el extractor de aire.

Adicionalmente, el software proporciona información sobre el límite elástico a la cual está
sometida la estructura por las cargas ocasionadas del extractor y las láminas de tol galvanizado, así como
se observa en la Figura 11.
Figura 11

Resultado de tensión axial y de flexión.

Elaborado por: los Autores

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Finalmente, el software permite saber el factor de seguridad que presenta la estructura, tal como
se aprecia en la Figura 12. Como menciona Silva Vásquez (2018) el factor de seguridad debe ser superior
a 1 para generar condiciones seguras.

Figura 12.
Resultado del factor de seguridad para la cabina de pulido.

Elaborado por: los Autores

B.A. Cálculo del caudal.

Caudal es la cantidad de fluido, medido en volumen, que se mueve en una unidad de tiempo.
Con los valores obtenidos de velocidad y volumen se calcula el caudal de inyección Qi, que debe tener
relación con el espacio de la cabina de pulido.

Los valores de caudal se obtienen al multiplicar el volumen por las renovaciones por hora. Para
ello se aplica la ecuación que se muestra en (2).

�� = �� × � (2)
donde:

Qi es caudal de inyección de aire
Vc es el volumen de la cámara (1)
N es el número de renovaciones por hora.

�� = 17,52 �3 ×

60
ℎ

= 1051,2
�3

ℎ

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Los valores de caudal, pérdidas de presión, los datos de las características de: ubicación
geográfica, temperatura promedio y la altura sobre el nivel del mar, se colocan para realizar el cálculo de
rendimiento del ventilador con la finalidad de cumplir con los parámetros de diseño, así como se aprecia
en la figura 13.

Según el diseño se tiene:
Caudal calculado para la cámara de pulido.

�� = 1051,2
�3

ℎ
= 0.292

�3

�

Pérdidas de presión calculadas.

�� = 20,56 ��.�.� = 201,6 ��
Temperatura promedio de la ciudad de Cuenca.

�� = 17° �
Altura sobre el nivel del mar de la ciudad de Cuenca.

�� = 2560 �� -
Máxima temperatura del aire en la ciudad de Cuenca.

�� = 20° �
Figura 13.
Ingreso de variables para la selección de ventilador adecuado.

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Elaborado por: los Autores

Según los parámetros antes mencionados se analizan los ventiladores recomendados para la cabina de
pulido, así como se detalla en la Tabla 4:

Tabla 4.

Modelos comerciales de ventiladores axiales.

Elaborado por: los Autores

B.B. Iluminación de la cabina de Pulido.

La iluminación de una cabina de pulido debe cumplir con las condiciones necesarias para que el
operario pueda tener una correcta percepción del trabajo que se está realizando, para tal motivo se debe
seleccionar las luminarias más apropiadas. Los cálculos se realizan en el software DIALux Evo para
diseño de iluminación de ambientes. Se trabaja con las dimensiones de la cámara de pulido antes
establecidas.

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Para la iluminación de la cámara de pulido se trabaja con la norma europea UNE-EN 12464 de
iluminación de lugares de trabajo, basándonos en los parámetros según el tipo de actividad establecida en
dicha norma. Posteriormente, se realiza el cálculo del número de lámparas necesarias y disposición en el
techo de la cámara de pintura con las luminarias seleccionadas con los siguientes resultados: 3 lámparas
marca Phillips RC534B PSD W8L125 1 xLED34S/840 A, con la disposición que se aprecia en la figura
14.

Figura 14.
Número y disposición de lámparas en la cámara de pulido.

Elaborado por: los Autores

RESULTADOS

Finalmente, los componentes fueron presentados en software para sólidos 3D con un área total
de 40.44 m2 para la sección de pintura de la empresa privada METALMEIDA CIA. LTDA., el cual,
permite simular el funcionamiento de la misma, con la finalidad de analizar y mejorar o corregir
deficiencias presentes en el diseño.

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En la Figura 15 y 16 respectivamente, se observa el ensamblaje de la cabina de pulido en vista
isométrica desde la parte superior, como en vista a detalle del ventilador axial donde será colocado.

Figura 15
Vista isométrica del ensamble de la cabina de pulido.

Elaborado por: los Autores

Figura 16
Ensamble de la cabina de Pulido con extractor.

Elaborado por: los Autores

Estructura metálica

La estructura metálica está diseñada en tubo de acero estructural de 50x50x2 mm, dicho material
brinda una excelente resistencia mecánica ante los esfuerzos. Esta estructura formará el habitáculo de la

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cabina de pulido, así como el anclaje de la plancha de acero galvanizado. En la Figura 17 se pueden
apreciar las vistas de elementos y en la Tabla 5 se detallan sus especificaciones técnicas.

Figura 17
Estructura metálica: A) Vista frontal, B) Vista lateral derecha y C) Vista superior.

Elaborado por: los Autores

Tabla 5
Especificaciones geométricas y técnicas de la estructura metálica.

Estructura metálica

Dimensiones [mm] Materia
l de

constru
cción

Cali
dad Profund

idad
Anc
ho

Alt
ura

2450 290
2

245
0

Tubo
estructur

al
50x50x2

AST
M
ST
37

Elaborado por: los Autores

IV. RESULTADOS

A continuación, en la Tabla 6 se detallan los parámetros que aseguran una correcta función de la cabina
de pulido y en la datos dimensionales para la viable construcción de la misma.

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Tabla 6
Parámetros de la cabina.

Parámetros para la cabina de Pulido

Ítem Valor
Volumen de la cabina 17,52 m3

Carga total aplicada a estructura 852 N

Carga distribuida aplicada a estructura 142 N

Desplazamiento máximo ante carga 3 mm

Limite elástico máximo ante carga 27 MPa

Factor de seguridad mínimo 9 veces

Caudal de inyección 1051,2 m3/h

Extractor axial 16” 145 W
1097 RPM

Elaborado por: los Autores

V. CONCLUSIONES

Con base a la investigación del estado de arte se estableció las condiciones necesarias para la
elaboración de los bocetos de la cabina de pulido, en ello se encuentra información relevante como lo es:
distancia mínima para el desplazamiento de un trabajador en el interior de la cabina, altura necesaria para
el correcto flujo de aire, iluminación óptima para la ejecución de trabajos, materiales de construcción y
la disposición de las planchas de acero galvanizado.

Se diseñó la estructura metálica de la cabina de pulido en software de simulación, para lo cual se
empleó perfiles estructurales como lo son: tubo de acero de 50x50x2mm, y tol galvanizado de

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2400x1200x1mm de espesor, que brindan las características óptimas para la ejecución del mencionado
proyecto en relación a la adquisición y a la construcción.

Finalmente, se ensambló los diferentes componentes de la cabina de pulido en el software de
simulación, lo cual ayuda a visualizar el funcionamiento que va a tener cada uno de los elementos del
habitáculo y permite detectar interferencias entre los elementos ensamblados, de esta manera ayuda
notablemente a la mejora continua del diseño de la cabina de pulido.

VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Cárdenas, M. (2014). Diseño de un sistema de extracción de polvo para una cabina de granallado
semiautomática. Repositorio Institucional UNTELS. Available:
http://repositorio.untels.edu.pe/handle/UNTELS/85

Mott, R. (2006). Mecànica de fluidos.Pearson sexta edición, ISBN 970-26-0805-8
https://avdiaz.files.wordpress.com/2008/10/fluidos-mott-6ed.pdf

Pintuco, (2017). Control de corrosión. El sistema dúplex, una excelente alternativa de protección contra
la corrosión. Available: http://www.pintuco.com.ec/a-la-medida/control-de-corrosion/sistema-
duplex-proteccion-contra-corrosion

Subsole, (2018). Soluciones de aire. Sistemas de extracción para cabinas de pintura. Available:
https://www.subsoleservicios.cl/index.php/es/

Solidworks, (2019). Soluciones de simulación. ¿Por qué elegir Solidworks Simulación?
Available:https://www.solidworks.com/es/product/solidworks-simulation

Silva, P.. (2018). Fatiga en estructuras metálicas: evaluación de daño en un puente ferroviario de acero
ubicado en Praga, República Checa.