NS – CM – 70 – JA DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA MÁQUINA DE PRUEBA DESTRUCTIVA POR ESTALLAMIENTO PARA LOS RECIPIENTES DE EXTINTORES

La máquina de pruebas de estallamiento para cilindros de extintores es un equipo diseñado para evaluar la resistencia estructural de los cilindros cuando se someten a presiones internas extremas.

Funciona mediante un sistema hidráulico que incrementa la presión dentro del cilindro hasta provocar su deformación o ruptura, registrando los datos para análisis. Su propósito principal es verificar la seguridad y calidad de los cilindros, cumpliendo con normas oficiales y asegurando que soporten presiones mayores a las de operación.

El diseño prioriza la seguridad del operador, la facilidad de uso y la precisión en las mediciones, permitiendo aplicaciones tanto en la industria como en la enseñanza e investigación.

The burst test machine for fire extinguisher cylinders is equipment designed to evaluate the structural resistance of the cylinders when subjected to extreme internal pressures.

It operates through a hydraulic system that increases the pressure inside the cylinder until deformation or rupture occurs, recording the data for analysis. Its main purpose is to verify the safety and quality of the cylinders, complying with official standards and ensuring they withstand pressures higher than those used in operation.

The design prioritizes operator safety, ease of use, and measurement accuracy, allowing applications both in industry and in teaching and research.

“In tlachihualoni motechihua para extintores, quimati queniuhqui mochihua tlakolli ika tlaketzaliztli, para quipalehuiya yoliliz huan tlamaniliz in tlacatl.”

“La máquina está diseñada para probar los extintores, verificando su resistencia con presión, a fin de proteger la vida y la seguridad de las personas.”

La seguridad en el uso de cilindros de extintores es un aspecto fundamental para la prevención y control de incendios. Estos dispositivos, al estar sometidos a altas presiones internas, requieren de pruebas especializadas que garanticen su resistencia estructural y fiabilidad. Sin embargo, muchas instituciones y empresas carecen de equipos adecuados para realizar ensayos de estallamiento de forma controlada y segura, lo que representa un riesgo tanto para los usuarios como para las instalaciones.

Ante esta problemática, surge la necesidad de diseñar y fabricar una máquina de prueba destructiva por estallamiento que permita verificar la calidad y seguridad de los cilindros bajo condiciones extremas de presión. Este desarrollo no solo fortalecerá los procesos de control de calidad en la industria, sino que también servirá como herramienta didáctica en la formación de futuros ingenieros, contribuyendo al avance tecnológico, la innovación y la cultura de la seguridad en México.

El desarrollo de una máquina de pruebas de estallamiento para cilindros de extintores responde a la necesidad de contar con un equipo seguro, confiable y accesible que permita evaluar la resistencia de estos recipientes presurizados. Dado que los extintores son dispositivos esenciales en la prevención y combate de incendios, resulta indispensable garantizar que sus cilindros cumplan con las normas de seguridad para evitar fallas que puedan poner en riesgo vidas e instalaciones.

Actualmente, muchas empresas no disponen de equipos especializados para realizar este tipo de pruebas, lo que limita la formación práctica y dificulta a las empresas comprobar la calidad de sus productos. Con esta máquina se busca optimizar los procesos de control de calidad, reducir costos operativos, mejorar la seguridad laboral y fortalecer la competitividad de las pequeñas y medianas empresas.

Además, su diseño ergonómico y facilidad de operación la convierten en una herramienta práctica para el ámbito industrial, contribuyendo a la cultura de seguridad, durabilidad y confianza en el uso de cilindros sometidos a presión.

Los cilindros de extintores requieren pruebas que garanticen su resistencia estructural, ya que una falla puede provocar fugas o explosiones. Sin embargo, muchas instituciones y empresas carecen de equipos especializados para realizar ensayos de estallamiento de forma segura y confiable. Por ello, surge la necesidad de diseñar una máquina que permita aplicar presión hidráulica controlada, registrar datos y asegurar la integridad del operador, optimizando el control de calidad y la seguridad en el uso de extintores.

Es posible diseñar y fabricar una máquina de pruebas de estallamiento para cilindros de extintores con un sistema hidráulico seguro y un registro de datos en tiempo real, entonces será posible verificar de manera precisa la resistencia estructural de los cilindros, garantizando el cumplimiento de normas de seguridad, reduciendo riesgos para los operadores y optimizando los procesos de control de calidad en ámbitos educativos e industriales.

Diseñar y fabricar una máquina de pruebas de estallamiento para cilindros de extintores que permita verificar su resistencia estructural mediante la aplicación controlada de presión hidráulica, garantizando la seguridad del operador y el cumplimiento de las normas de calidad y seguridad vigentes.

• Analizar las normativas nacionales e internacionales aplicables a las pruebas destructivas de cilindros de extintores para establecer los parámetros de diseño de la máquina.

• Diseñar un sistema hidráulico seguro y funcional que permita aplicar presión de manera gradual y controlada hasta la deformación o ruptura del cilindro.

• Modelar y simular los componentes estructurales de la máquina mediante software especializado (SolidWorks) para validar su resistencia y confiabilidad antes de la fabricación.

• Fabricar y ensamblar el prototipo de la máquina utilizando procesos de manufactura adecuados que aseguren su durabilidad y ergonomía.

• Implementar un sistema de medición y registro de datos en tiempo real que garantice resultados precisos y útiles para el análisis de la resistencia de los cilindros.

• Evaluar el desempeño del prototipo mediante pruebas experimentales, comprobando su capacidad para cumplir con los criterios de seguridad, eficiencia y confiabilidad.

• Elaborar un manual de operación y mantenimiento preventivo que facilite el uso de la máquina por parte de personal técnico e instituciones educativas.

1. ODS 9: Industria, innovación e infraestructura

Impulsa la investigación y desarrollo tecnológico en equipos de seguridad.

Fortalece la infraestructura de pruebas industriales al crear un dispositivo innovador y confiable.

Fomenta la seguridad en los procesos productivos y de certificación de extintores.

2. ODS 11: Ciudades y comunidades sostenibles

Aporta a la seguridad en espacios urbanos y comunitarios al garantizar que los recipientes de extintores funcionen correctamente en emergencias.

Contribuye a la prevención de riesgos y protección de la vida humana en viviendas, escuelas, empresas y transporte público.

3. ODS 12: Producción y consumo responsables

Favorece la validación de productos mediante pruebas que aseguren la calidad y confiabilidad de los recipientes de extintores.

Disminuye el riesgo de accidentes por productos defectuosos, evitando desperdicio de materiales y daños al medio ambiente.

Promueve la responsabilidad empresarial en el ciclo de vida de productos de seguridad.

Las pruebas de resistencia en materiales han sido fundamentales en la ingeniería desde hace décadas, pues permiten determinar sus propiedades físicas, químicas y mecánicas para garantizar la seguridad y confiabilidad en su uso. Entre estas pruebas destacan los ensayos destructivos, que someten a los materiales a esfuerzos controlados hasta su deformación o ruptura, y las pruebas hidrostáticas, aplicadas especialmente en recipientes sujetos a presión como tuberías, tanques y cilindros.

En el caso de los extintores, la normativa internacional (UNE EN 3-7, UNE EN 3-8) establece que sus cilindros deben soportar presiones superiores a las de operación para comprobar su integridad. Estas pruebas garantizan que los recipientes no representen un riesgo para el usuario en caso de ser utilizados bajo condiciones extremas [1].

La metodología utilizada en el diseño y desarrollo de una máquina de pruebas de estallamiento para cilindros de extintores es la empleada para la creación de nuevos equipos innovadores que brinden soluciones seguras y confiables a las necesidades de la industria y la educación.

Las actividades realizadas para cumplir con lo establecido en las características del producto son:

1. Características del producto. Se identificaron las necesidades del sector industrial y educativo respecto a la verificación de cilindros de extintores, traduciéndolas en objetivos generales y específicos, criterios de diseño, especificaciones técnicas (presión, voltaje, capacidad) y restricciones de seguridad.
2. Dibujos previos. Se elaboraron bosquejos que mostraran la estructura general y los componentes principales de la máquina, asegurando que respondieran a los criterios de seguridad y funcionalidad definidos.
3. Esquemas. Se representaron mediante diagramas los elementos mecánicos e hidráulicos que intervienen en la transmisión de presión, así como las interacciones entre válvulas, manómetros, bomba hidráulica y dispositivos de seguridad.
4. Cálculos. Se realizaron los procedimientos técnicos para determinar la presión mínima y máxima de trabajo, selección de bomba, manómetro, válvulas, materiales estructurales y dimensiones de los componentes, garantizando que la máquina resistiera las condiciones de operación.
5. Dibujos de estudio. Se ensamblaron de manera preliminar todos los componentes en el software SolidWorks para detectar posibles errores, interferencias o ajustes requeridos antes de su manufactura.
6. Prototipo. Se procedió a la manufactura de la máquina utilizando procesos de soldadura, corte, doblado, ensamble y recubrimientos, siguiendo lo establecido en los diseños previos.
7. Pruebas de funcionamiento. Se estableció un programa de ensayos para verificar parámetros como presión alcanzada, seguridad estructural, hermeticidad y confiabilidad en las mediciones. En caso de fallas, se realizaron los ajustes correspondientes hasta cumplir con lo especificado.
8. Dibujos de detalle. Se definió cada pieza de la máquina (estructura, soportes, mangueras, válvulas, cubierta de acrílico, etc.), indicando dimensiones nominales, tolerancias, materiales, acabados y tratamientos.
9. Dibujos de conjunto. Se representó la relación física entre todas las piezas que integran la máquina, identificando cada componente con números o letras y especificando la cantidad de cada uno en el ensamble.
10. Manual de usuario. Se elaboró un documento que describe los procedimientos de operación, mantenimiento y seguridad, garantizando un uso adecuado de la máquina.
11. Estudio económico. Se realizó un análisis de costos de materiales, procesos de fabricación y mano de obra para determinar la inversión total requerida y el costo estándar de producción de la máquina.

Características del producto

Criterios de diseño:

• Fácil operación.
• Rápida aplicación del ensayo.
• Corriente eléctrica de uso doméstico.
• Fácil transportación.
• Mantenimiento mínimo.
• Seguridad para el operador.
• Diseño ergonómico.

Especificaciones:

• Voltaje 127 V.
• Potencia 750 W.
• Presión de trabajo 70Mpa/10150Psi.
• Capacidad del tanque de aceite 488 in³/8L.
• Flujo de baja presión 8L.
• Presión máxima de salida 10000 Psi.
• Flujo de alta presión 0.7 L/min.

Dibujos previos [4].

A continuación, se muestra la mejor solución planteada en un dibujo que muestra las formas y elementos de la máquina de prueba destructiva por estallamiento para los recipientes de extintores que dan respuesta a los criterios de diseño antes citados, véase la Figura 1.

Figura 1. Vista en isométrico (Diseño realizado por los autores).

Esquema

El esquema hidráulico necesario para la operación de la máquina véase la Figura 2 y Tabla 1.

Figura 2. Esquema eléctrico (Diseño realizado por los autores).

Tabla 1. Elementos del esquema hidráulico.

Cálculos [5].

Los cálculos realizados para la selección de la bomba son los siguientes, véase la Tabla 2.

Basado en los datos proporcionados y por información obtenida anteriormente, se sabe que por la Norma PROY-NOM-154-SCFI-2017 [3] los cilindros de extintor deben soportar por lo menos una presión de al menos 2.7 veces más que la presión de sobrecarga, aunque por otros medios de información la presión de ruptura de cilindros de extintor es de 20 MPa.

Tabla 2. Capacidades y Presión máxima de sobrecarga en extintores

Obtención de la Presión mínima requerida:

Extintor de 0.5 kg a 1 kg

𝑃𝑚𝑖𝑛 = 2.1 𝑀𝑃𝑎 (2.7) = 5.67 𝑀𝑃𝑎

Extintor de 4.5 Kg

𝑃𝑚𝑖𝑛 = 2.8 𝑀𝑃𝑎 (2.7) = 7.56 𝑀𝑃𝑎

Conversión de Mpa a Psi

1 𝑀𝑃𝑎 = 145.038 𝑃𝑠𝑖

Extintor de 0.5 kg a 1 kg

5.67 𝑀𝑃𝑎 = 822.62 𝑃𝑠𝑖

Extintor de 4.5 Kg

7.56 𝑀𝑃𝑎 = 1 096.82 𝑃𝑠𝑖

Conversión de la presión teórica de ruptura de 20 MPa

20 𝑀𝑃𝑎 = 2901.66𝑃𝑠𝑖

Dibujos de estudio [4].

Se muestra el dibujo que nos permiten visualizar la integración de todos los elementos, véase la Figura 3.

Figura 3. Vista en isométrico (Diseño realizado por los autores).

Prototipo

Se muestra la fotografía que nos permiten apreciar el ensamble de los componentes que conforman la máquina de prueba destructiva por estallamiento para los recipientes de extintores, véase las Figuras 4 y 5.

Figura 4. Vista isométrica (fotografía tomada por los autores)

Figura 5. Bomba hidráulica utilizada (fotografía tomada por los autores).

Pruebas de funcionamiento.

Las pruebas a realizar en la máquina son un ensayo destructivo sobre un cilindro de extintor mediante aceite hidráulico inyectado con a presión haciendo que este estalle o se fisure en su punto más débil.

Prueba en cilindro de 0.750 kg de capacidad hecho de acero, véase las Figuras 6 y 7.

Figura 6. Cilindro antes de estallar (fotografía tomada por los autores)

Figura 7. Cilindro fisurado (fotografía tomada por los autores).

Dibujos de conjunto [4].

Se muestra un dibujo que muestra todos los componentes de la máquina de prueba destructiva por estallamiento para los recipientes de extintores, véase la Figura 8 y Tabla 3.

Figura 8. Conjunto de los elementos de la máquina (Diseño realizado por los autores).

Tabla 3. Componentes de la máquina

Este proyecto ha sido un ejercicio exhaustivo en el que convergen diferentes disciplinas de la ingeniería y el diseño Mecánico. Los resultados alcanzados demuestran la viabilidad técnica y comercial del producto, a la vez que subrayan la importancia de un enfoque metódico y multidisciplinario. Además de los aspectos técnicos, este trabajo representa una contribución significativa para las industrias que requieren garantizar la seguridad y la calidad de los cilindros sometidos a altas presiones. El éxito de este proyecto puede ser considerado un punto de partida para futuras mejoras.

[1] EXTINHOUSE. (2020, 4 de junio). ¿Cuál es la máxima presión que soporta un extintor antes de romperse? Extinhouse. Extinhouse. https://extinhouse.es/cual-es-la-maxima-presion-que-soporta-un-extintor-antes-de-romperse/#:-:text=Según%20la%20norma%20UNE%20EN,con%20un%20minimo%20de%205 5bar

[2]. G. S. Salinas, “Metodología para nuevos proyectos innovadores” Depto. Metalmecánica, Instituto Tecnológico de Tlalnepantla, México, 2025.

[3] “PROYECTO de Norma Oficial Mexicana PROY-NOM-154-SCFI-2017, Equipos contra incendio-Extintores portátiles y móviles-Servicio de mantenimiento y recarga (cancelará a la NOM-154-SCFI-2005).” DOF – Diario Oficial de la Federación. https://www.diariooficial.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5526423&fecha=14/06/2018#gsc.tab=0

[4] “My SolidWorks”. MySolidWorks – Official SOLIDWORKS Community. [En línea]. Disponible: https://my.solidworks.com/

[5] Budynas, R., Nisbett, J., Shigley, J., Murrieta Murrieta, J. and Alatorre Miguel, E. (2012).Diseño en ingeniería mecánica de Shigley. México, D.F.: McGraw-Gill Interamericana.

[6] Chevalier, A. and Domingo Padrol, M. (1997). Dibujo industrial. México: Limus