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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
ESCUELA DE FORMACIÒN DE TECNÓLOGOS
CONTRUCCIÓN DE UN DESFIBRADOR DE PABILO A BASE DE AIRE COMPRIMIDO
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
TECNÓLOGO EN MANTENIMIENTO INDUSTRIAL
PROYECTO INTEGRADOR
Diego Francisco Alarcón Villarroel
DIRECTOR: Ing. Alfonso Xavier Boada Zurita
CODIRECTOR: Ing. Willan Leopoldo Monar Monar
Quito, enero 2018
I
DECLARACIÓN
Yo, Diego Francisco Alarcón Villarroel, declaro bajo juramento que el trabajo aquí es de
mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación
profesional; y que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este
documento.
A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectual
correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecido
por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la Normativa Institucional
vigente.
DIEGO FRANCISCO ALARCÓN VILLARROEL
II
CERTIFICACIÓN
Certificamos que el presente trabajo fue desarrollado por Diego Francisco Alarcón
Villarroel, bajo nuestra supervisión.
Ing. Alfonso Xavier Boada Zurita Ing. Willan Leopoldo Monar Monar
DIRECTOR DE TRABAJO CODIRECTOR DE TRABAJO
III
INDICE
1. Introducción ........................................................................................................... 1
1.1. Planteamiento del Problema ........................................................................... 1
1.2. Objetivos ........................................................................................................ 6
Objetivo General. ................................................................................................... 6
Objetivos Específicos............................................................................................. 6
1.3. Marco Teórico ................................................................................................. 7
Antecedentes de la Producción Textil .................................................................... 7
El Hilo. ................................................................................................................... 9
Características generales del hilo. ......................................................................... 9
La Hilatura. .......................................................................................................... 10
Fases de la hilatura. ......................................................................................... 12
Fibras Textiles. .................................................................................................... 12
Características de las fibras ............................................................................. 13
Clasificación de Fibras Textiles. ....................................................................... 15
Teorema de Bernoulli........................................................................................... 16
Ecuación de Bernoulli ....................................................................................... 16
Aire Comprimido .................................................................................................. 17
Compresores. ...................................................................................................... 18
Clasificación General de los Compresores ....................................................... 19
Motores Primarios. ............................................................................................... 19
2. Metodología ......................................................................................................... 21
2.1. Diseño del plano de la boquilla ..................................................................... 25
Hojas de Proceso ................................................................................................ 29
Cilindro Hueco Contenedor .............................................................................. 29
Boquilla – Primera Sección .............................................................................. 33
Boquilla – Segunda Sección ............................................................................. 36
Boquilla – Tercera Sección............................................................................... 41
2.1.1. Construcción de la Boquilla ................................................................... 45
Refrentado ....................................................................................................... 46
Taladrado ......................................................................................................... 46
Cilindrado ......................................................................................................... 47
Cortado ............................................................................................................ 49
Chanfleado ....................................................................................................... 50
Tronzado .......................................................................................................... 50
Roscado ........................................................................................................... 51
IV
Desbastado ...................................................................................................... 52
2.2. Construcción de la estructura metálica de la máquina .................................. 52
3. Pruebas y Resultados .......................................................................................... 54
3.1. Procedimientos de Prueba ............................................................................ 54
Pruebas de calibración de presión de aire ........................................................... 54
Pruebas de Succión ............................................................................................. 55
Pruebas de Desfibrado ........................................................................................ 57
3.2. Análisis de Resultados ................................................................................. 57
4. Conclusiones y recomendaciones ....................................................................... 59
4.1. Conclusiones ................................................................................................ 59
4.2. Recomendaciones ........................................................................................ 60
Bibliografía .................................................................................................................. 61
Anexos ....................................................................................................................... 62
ÌNDICE DE FIGURAS
Figura. 1 Máquina Trutzschler Blendomat - Proceso de Apertura y Limpieza .............. 1 Figura. 2 Carda Algodonera .......................................................................................... 2 Figura. 3 Maquinaria de Estirado y Peinado ................................................................. 3 Figura. 4 Transporte de Pabilos a Hiladoras ................................................................. 3 Figura. 5 Máquina Continúa de Hilatura ........................................................................ 4 Figura. 6 Proceso de Enconado .................................................................................... 5 Figura. 7 Exportaciones por Producto 2000-2010 ........................................................ 8 Figura. 8 Estadísticas por Sector Económico ................................................................ 8 Figura. 9 Utilización de la Mula para Elaboración de Hilo ........................................... 11 Figura 10. Diagrama Ecuación de Bernoulli ................................................................ 17 Figura. 11 Esquema de Instalación Convencional de Aire de Comprimido ................. 18 Figura. 12 Clasificación de los Compresores .............................................................. 19 Figura. 13 Motor Primario ........................................................................................... 20 Figura 14. Primera Pieza – Boquilla ........................................................................... 25 Figura 15. Primera Sección de la Segunda Pieza – Boquilla....................................... 26 Figura. 16 Segunda Sección de la Segunda Pieza – Boquilla ..................................... 26 Figura. 17 Tercera Sección de la Segunda Pieza – Boquilla ....................................... 27 Figura. 18 Conexión en cascada de las tres secciones ............................................... 27 Figura. 19 Agujeros para el paso de aire - Sección dos y tres .................................... 28 Figura. 20 Secciones Roscadas ................................................................................. 28 Figura. 21 Proceso de Refrentado .............................................................................. 46 Figura. 22 Proceso de Taladrado ................................................................................ 47 Figura. 23 Proceso de Cilindrado Interno .................................................................... 48 Figura. 24 Proceso de Cilindrado Externo ................................................................... 49 Figura. 25 Proceso de Corte ....................................................................................... 49 Figura. 26 Proceso de Chanfleado.............................................................................. 50 Figura. 27 Proceso de Tronzado ................................................................................. 51 Figura. 28 Proceso de Roscado .................................................................................. 51
V
Figura. 29 Proceso de Desbastado ............................................................................. 52 Figura. 30 Estructura Metálica .................................................................................... 53 Figura. 31 Conexión Manómetro y Llave de media vuelta ........................................... 55 Figura. 32 Succión Correcta ....................................................................................... 56 Figura. 33 Succión Fallida .......................................................................................... 56 Figura. 34 Prueba de Desfibrado ................................................................................ 57 Figura. 35 Desfibrado Correcto ................................................................................... 58 Figura. 36 Desfibrado Incorrecto ................................................................................. 58
INDICE DE TABLAS
Tabla 1: Clasificación de las Fibras de acuerdo a su Origen ....................................... 15 Tabla 2: Detalle de las piezas de la máquina desfibradora de pabilo .......................... 22
INDICE DE ECUACIONES
Ecuación. 1 Bernoulli ............................................................................................................... 16
1
1. INTRODUCCIÓN
1.1. Planteamiento del Problema
El hilado es la transformación de la fibra de algodón y polyester suelta, en hilo mediante
una serie de procesos distintos y bien diferenciados. El proceso inicia cuando la
materia prima (polyester y algodón) comprimida en pacas pasa por una secadora,
encargada de disminuir y reducir la humedad que contiene la fibra. Seguido de ello, el
material ingresa a las máquinas “Blendomat” (abridoras), que estirarán la fibra
separando las impurezas y materias extrañas; recopilándolas en capas para facilitar
su transporte por conductos de aire y continuar con los procesos de cardado, estirado,
peinado, hilado y enconado.
Figura. 1 Máquina Trutzschler Blendomat - Proceso de Apertura y Limpieza
Fuente: Fotografía Francisco Mejía - Nov.11, 2011
2
El proceso de cardado tiene por objeto separar las fibras individuales para formarlas
en posición casi paralela, eliminando motas e impurezas hasta obtener un manto
homogéneo, que al pasar por rodillos se convertirá en la cinta (100% polyester o 100%
algodón).
A continuación la cinta pasa por los manuares, donde se presiona, estira y limpia las
nuevas mechas que tienen un diámetro más pequeño, éstas se unen y se mezclan
entre sí hasta regular el título (diámetro) y la consistencia de la fibra para formar una
mecha a partir de cuatro.
Figura. 2 Carda Algodonera
Fuente: Fotografía Francisco Mejía - Nov.11, 2011
Para el estirado la cinta sale de las cardas y pasa por rodillos que giran a mayor
velocidad, lo que obliga a un adelgazamiento y homogeneidad de la mecha. El peinado
es la ordenación de las fibras, ya que la cinta al salir de las cardas es suficientemente
fina y susceptible de ordenarse y orientarse en la dirección en que posteriormente se
construirá el hilo.
3
Figura. 3 Maquinaria de Estirado y Peinado
Fuente: Fotografía Francisco Mejía - Nov.11, 2011
En el hilado se convierte las mechas de algodón en pabilo (hilo grueso y con mayor
resistencia), para ello el material se encarreta en bobinas de plástico o carretes
metálicos con la finalidad de dar mayor resistencia a los pabilos y someterlos a un
último estiraje y torsión a partir del cual se obtiene el hilo.
Figura. 4 Transporte de Pabilos a Hiladoras
Fuente: Fotografía Francisco Mejía - Nov.11, 2011
4
Figura. 5 Máquina Continúa de Hilatura
Fuente: Fotografía Francisco Mejía - Nov.11, 2011
Finalmente, el bobinado o enconado es el devanado del hilo en uno o varios carretes
en forma de cono. En este proceso también se realiza una purificación eliminando
impurezas como son: hilos gruesos, cortos, sucios, rotos o sobrantes debido al mayor
o menor calibre de la cinta, para este efecto toda máquina bobinadora cuenta con
dispositivos denominados purgadores. El hilo puede ser sometido a tratamientos
mecánicos posteriores: texturizado, voluminizado, rizado, ondulado, etc., de acuerdo
al tejido que se pretenda fabricar.
5
Figura. 6 Proceso de Enconado
Fuente: Fotografía Francisco Mejía - Nov.11, 2011
En los procesos de apertura, cardado, estirado y peinado se generan desperdicios
causados por agentes externos tales como: variación de humedad, variación de
temperatura, falta de alimentación, falla eléctrica o daño en la máquina, lo que originará
una ruptura en la cinta. Sin embargo, esto puede ser controlado y reparado volviendo
la fibra a las abridoras (proceso inicial) donde se reprocesará. Se asegurará así, la
utilización eficiente de los recursos, contribuyendo además con el cuidado del medio
ambiente al eliminar el desperdicio.
Los desperdicios generados por el pabilo en el proceso de hilado de anillo, no se
podrán reprocesar volviéndolos a las abridoras, esto debido a que el material ya pasó
por una torsión y la fibra es resistente a cambios. La solución más común cuando no
se consume en su totalidad el pabilo de su bobina, es extraer manualmente el sobrante
(chaupi) y almacenarlo para la venta. Esto permite a las empresas textiles recuperar
de alguna manera el costo del material perdido.
6
Con la finalidad de presentar una solución viable ante este problema, se propone la
construcción de una máquina desfibradora de pabilo a base de aire, que logrará
desmenuzar y deshacer la torsión que ganó el pabilo en las mecheras, reduciendo su
resistencia a la tensión y volviéndolo apto para ser utilizado nuevamente como materia
prima en el proceso de fabricación del hilo.
En base a un análisis beneficio – costo realizado en la empresa Textiles La Escala,
empresa ecuatoriana fundada en 1973 ubicada en Quito / Ecuador, dedicada a la
producción y comercialización de hilos y telas. Se obtiene que al vender el desperdicio
sin desfibrarlo (chaupi) la ganancia por venta sería de 0,10 USD por kilo de pabilo. Si
el desperdicio se reprocesa y se utiliza nuevamente como materia prima, se
recuperaría 1,50 USD por kilo de hilo. Partiendo de que el precio de venta al público
de un kilo de hilo es 3 USD y su costo de producción aproximadamente es de 2,50
USD se estaría recuperando 1 USD del total de su costo de fabricación. Bajo
condiciones normales de producción en la empresa Textiles La Escala se fabrican
alrededor de 5000 kilos de hilo por día, de esto el desperdicio generado de pabilo que
no logró terminar el proceso de hilado de anillo, está aproximadamente entre 15 a 20
kilos por día; el 0,4% de la producción diaria. (Textiles La Escala S.A., 2016)
La implementación de una máquina desfibradora de pabilo en una empresa textil de
hilatura, permitiría abaratar costos de fabricación sin necesidad de bajar la calidad del
producto; lo que incrementará las ganancias por venta, mejorará las utilidades y
elevará los indicadores de productividad.
1.2. Objetivos
Objetivo General.
Construir un desfibrador de pabilo a base de aire comprimido.
Objetivos Específicos.
· Diseñar y construir un sistema mecánico para el desfibrado.
· Diseñar y construir un sistema de control eléctrico
· Ensamblar el sistema mecánico y de control eléctrico.
· Realizar pruebas de funcionamiento.
7
1.3. Marco Teórico
Antecedentes de la Producción Textil
Los inicios de la industria textil ecuatoriana se remontan a la época de la colonia, cuando
la lana de oveja era utilizada en los obrajes donde se fabricaban los tejidos.
Posteriormente, las primeras industrias que aparecieron se dedicaron al procesamiento
de la lana, hasta que a inicios del siglo XX se introduce el algodón, siendo la década de
1950 cuando se consolida la utilización de esta fibra. Hoy por hoy, la industria textil
ecuatoriana fabrica productos provenientes de todo tipo de fibras. “Siguiendo las
tendencias internacionales de consumo de fibras textiles, el espectro de consumo
nacional incluye fibras naturales (algodón y lana), artificiales (viscosa) y sintéticas
(acrílico, nylon, poliéster) utilizadas en la fabricación de hilados y tejidos destinados
tanto al mercado local como a la exportación” según el Ministerio de Comercio Exterior,
Industrialización, Pesca y Competitividad (MICIP). (EcuRed, 2010)
La diversificación en el sector ha permitido que se fabrique un sinnúmero de productos
textiles en el Ecuador, siendo los hilados y los tejidos los principales en volumen de
producción. No obstante, cada vez es mayor la producción de confecciones textiles,
tanto las de prendas de vestir como de manufacturas para el hogar. (Aite, 2011)
Por regla general, las empresas textiles ecuatorianas concentraron la mayor parte de
sus ventas en el mercado local, aunque siempre ha existido vocación exportadora. A
partir de la década de los 90, las exportaciones textiles fueron incrementándose, salvo
por algunas caídas en los años 1998 y 1999.
En el año 2000, momento en el que Ecuador adoptó la dolarización, se produce un
incremento de las exportaciones del 8,14% con relación a las de 1999, lo que marca
una tendencia que empezó a ser normal durante este nuevo milenio; únicamente en el
2002 se produce una disminución de las exportaciones textiles, rápidamente recuperada
en los siguientes dos años, llegando a exportar cerca de 90 millones de dólares en el
2004, superando el pico más alto en los últimos 10 años (1997 – 82 millones de dólares
exportados). La participación promedio de los Textiles, prendas de vestir y productos
de cuero en las exportaciones por producto para el período 2000 al 2010 es del 1.3%
en el PIB total. (Aite, 2011)
8
Figura. 7 Exportaciones por Producto 2000-2010
Fuente: Banco Central de Ecuador
Por otra parte cabe recalcar que el sector textil genera varias plazas de empleo directo
en el país, llegando a ser el segundo sector manufacturero que más mano de obra
emplea, después del sector de alimentos, bebidas y tabacos.
Según estadísticas del INEC, el personal ocupado total de las actividades relacionadas
al sector textil asciende a 115.937 personas (68.215 mujeres y 47.722 hombres). (Peña
& Pinta, 2012)
Figura. 8 Estadísticas por Sector Económico
Fuente: Centro Nacional Económico 2010, INEC
9
Por todo lo antes mencionado conscientes que el desarrollo del sector está directamente
relacionado con las exportaciones, las industrias textiles se han propuesto invertir en la
adquisición de nueva maquinaria que les permita ser más competitivos frente a una
economía globalizada. Así mismo, las empresas invierten en programas de capacitación
para el personal de las plantas, con el afán de incrementar los niveles de eficiencia y
productividad; la intención es mejorar los índices de producción actuales, e innovar en
la creación de nuevos productos que satisfagan la demanda nacional e internacional.
(Peña & Pinta, 2012)
El Hilo.
Se denomina hilo al conjunto de fibras textiles, continuas o discontinuas, que se tuercen
juntas alcanzando una gran longitud y que es directamente empleado para la fabricación
de tejidos y para el cosido de éstos. Si son fibras de filamento continuo se las denomina
hilo continuo, y si se trata de fibras discontinuas formarán la denominada hilaza. (Mejía,
2011)
Características generales del hilo.
Son características definitorias del hilo su composición, grosor, elasticidad, regularidad,
resistencia, las mismas que se han de expresar con fórmulas estándar, cuantificadas en
unidades normalizadas internacionalmente y que son suficientes para que diferentes
hilos tengan un nombre propio con el que se pueda definir y conocer. (Mejía, 2011)
Composición: Se analiza mediante el microscopio o mediante reactivos específicos
que detectan la presencia de componentes determinados.
Diámetro o grosor: De aquí se determina el título o número de ese hilo, y se estudia
mediante la balanza.
Índice de torsión y de retorsión: Se estudia mediante un aparato específico para este
examen, el torsiómetro, y fija el índice de torsión de ese hilo.
Resistencia: Su medida se expresa en el epígrafe longitud de rotura, que significa la
longitud máxima que un hilo puede alcanzar para que, suspendido por uno de sus
extremos, se rompa por su propio peso.
10
Estiramiento o elongación: Es la capacidad que un hilo tiene para sufrir un
estiramiento sin romperse. Se da medido por un dinamómetro. Un factor importante es
saber que una elongación menor del 5% confirma una mala calidad de la fibra. Una
elongación aceptable es alrededor de 8% y muy buena alrededor de 12%
Elasticidad: Es la capacidad para resistir un estiramiento y recuperar su longitud
primitiva una vez cesa el estiramiento.
Regularidad: Se llama regularidad a las variaciones de diámetro que experimenta un
hilo a lo largo de su extensión. Lo mide el regularímetro. Y en español, tiene en su
expresión los siguientes puntos de referencia: Nudos, Gatas (gruesos máximos),
Xemics (gruesos mínimos), Neps (enmarañamiento de fibras).
La Hilatura.
El arte de hilar fibras para formar hilo es tan antiguo que sobrepasa las fechas históricas.
La hilatura es un cúmulo de conocimientos y pequeños avances tecnológicos por parte
de millones de hombres a través de miles de años.
En Europa central en el fondo de los lagos Constanza y Ginebra se han encontrado
algunos manojos de lino limpio, listo para ser convertido en tela. Se cree que los
hombres primero aprendieron a tejer antes de aprender a hilar ya que había siempre
hierba y fibras a mano y era sencillo tejerlas. Más tarde aprenderían a hilar sus hebras
para hacer con ellas telas para sus prendas de vestir. (Cromer, 2006)
Cuando se inventó el arte de hilar, la lana se convirtió en el material más útil para hacer
vestidos para los que vivían en climas fríos; por el contrario en Egipto lo más usado fue
el fresco lino. En la cultura china se desarrolló la seda como fibra y a partir de aquí pasó
a otros países: India, Persia y Grecia (donde se consideraría como un artículo de lujo) y
a Roma. (Cromer, 2006)
Antes de la llegada de las máquinas, el hilado se hacía a mano con el huso y la rueca,
que consistía en una vara en la que se fijaba una porción (llamada copo) de la fibra que
iba a ser hilada. La rueca se sostenía con la mano izquierda o se enganchaba en el
cinturón. El huso era una pieza más pequeña de forma aproximadamente cónica, que
se hacía girar con la mano derecha arrollando el hilo alrededor de él a medida que se
iba retorciendo. (Solé, 2012)
11
Alrededor de los siglos XIII y XIV se introdujo en Europa los tornos de hilar, procedentes
de la India, que supusieron una mejora sobre las ruecas. En el torno de hilar, el huso,
situado en posición horizontal, se hace girar mediante una rueda impulsada por un
pedal, y produce un único hilo fino y homogéneo al mantener una tensión constante y
una velocidad elevada. Éste se empleó hasta hace unos 200 años, cuando fue sustituido
en gran medida por máquinas industriales. (Solé, 2012)
La industria del algodón sufrió una revolución en Gran Bretaña por la aparición de las
hiladoras mecánicas: la denominada “spinning jenny”, inventada en 1764 por James
Hargreaves, la máquina de rodillos inventada en (1769) por Richard Arkwright o la "mula
hilandera" desarrollada en 1779 por Samuel Crompton. La “spinning jenny” permitía hilar
varios hilos al mismo tiempo, y la máquina de rodillos incorporaba un sistema para
estirarlos. (Solé, 2012)
En la "mula", los husos estaban situados en un bastidor móvil para reducir la tensión del
hilado con rodillos, lo que permitía producir hilos más finos. Aunque estos procesos
están totalmente anticuados en la actualidad, salvo unas pocas "mulas" que todavía
funcionan, los principios generales del hilado de algodón actual son bastante similares,
e implican también los procesos de apertura, cardado y peinado, estirado, torcido e
hilado. Las invenciones antes mencionadas modificaron radicalmente el proceso de
hilado que todavía aún hoy está en continua evolución. En los últimos años se han
producido numerosas mejoras en la maquinaria de hilado para responder a la
diversificación producida por el desarrollo de muchos tipos nuevos de fibras sintéticas.
(Solé, 2012)
Figura. 9 Utilización de la Mula para Elaboración de Hilo
Fuente: (Solé, 2012)
12
Fases de la hilatura.
Existen dos métodos principales de hilatura de fibra corta: el algodonero y el lanero. Las
características de las máquinas destinadas a la producción de estas dos fibras son
diferentes, básicamente por la longitud de fibra. En algodón por ejemplo, las cardas son
de regletas (fibra corta) y para lana las cardas son de rodillos (fibra larga). Si se observa
la operación de hilado, se pueden ver las diversas fases que componen el trabajo, desde
cuando la masa de fibras llega al lugar de ejecución del hilado hasta que el producto
final sale hacia su siguiente destino, que puede ser costura o tejeduría. (Solé, 2012)
Las fases de la hilatura son las siguientes:
· El desempacado de la masa de fibras
· El cardado de las mismas
· Peinado o paralelización,
· Primera torsión,
· La hilatura propiamente dicha,
· El acabado del hilo y otras posibles operaciones finales sobre él, tales como
vaporizado, enconado /purgado, doblado, retorcido, nuevamente vaporizado,
enconado final con etiquetado.
Fibras Textiles.
Las fibras textiles se pueden definir como un sólido relativamente flexible y resistente
con una pequeña sección transversal y una elevada relación longitud/anchura, son
unidades de materia cuya longitud es muy superior a su diámetro.
El análisis, selección, mantenimiento y control de estas materias primas, es fundamental
para la obtención de hilos con ellas fabricados, ya que determina el aspecto, textura,
funcionalidad y calidad de las telas. Esto es importante no sólo en los hilos de 100%
algodón sino que también lo es en sus mezclas con otras fibras artificiales, animales o
sintéticas; Por lo tanto, se puede entender el diseño de un determinado tipo de hilo,
como un verdadero proyecto de ingeniería. (Solé, 2012)
13
Características de las fibras
Las características de las fibras textiles determinarán la idoneidad de su utilización en
la fabricación de artículos textiles dependiendo del uso al que vayan a ser destinados.
Dichas características, deberán ser medibles y controlables. (Solé, 2012)
Longitud. La longitud de las fibras mantiene relación directa con el título del hilo que
con ellas se puede conseguir. Esta característica es un parámetro que se controla tanto
por su valor medio como por su diagrama de fibras.
Finura. La finura de las fibras tiene relación directa con el tacto de los textiles. Mayor
finura conlleva menor resistencia ante una fuerza de compresión y por lo tanto mayor
sensación de suavidad.
Resistencia a la abrasión. Capacidad de una fibra para soportar el desgaste por
fricción en el uso diario.
Pilling. Fenómeno por el que a lo largo del uso de las prendas se forman
aglomeraciones de fibras en la superficie que desmerecen el aspecto exterior de dichas
prendas.
Elasticidad. Comportamiento de las fibras ante las fuerzas de tracción observándose el
alargamiento de las fibras ante la carga ejercida. En el punto de rotura se medirán tanto
la carga soportada, como el alargamiento experimentado.
Brillo. Intensidad con que la luz es reflejada por la superficie de una fibra, o el lustre
que la fibra posee. Depende de la estructura de físico - química de la fibra y de su
superficie.
Color. El color natural de las fibras tiene influencia directa en las operaciones de
coloración, tintura y estampación, determinando tanto el proceso como las posibilidades
de tintura.
Absorción de humedad. Capacidad para absorber humedad, las fibras naturales se
distinguen por su gran capacidad de retener la humedad. Esta característica influye en
la confortabilidad de los artículos con ellas fabricados.
14
Electricidad estática. Capacidad que poseen las fibras de cargarse eléctricamente por
el roce del propio uso, o durante su fabricación y manipulación.
Acción de la luz. Los efectos producidos por las radiaciones solares afectan a la
resistencia a la tracción, al alargamiento a la rotura y a la resistencia a la abrasión de
las fibras.
Acción de agentes externos. La acción de mohos, bacterias, microorganismos e
insectos. El comportamiento de las fibras ante ácidos, álcalis, oxidantes y reductores,
ante el fuego y la temperatura.
Reactividad química. Es importante de cara a las operaciones posteriores de tintura, y
depende de los grupos funcionales de la fibra.
Conductividad eléctrica. Las fibras de baja conductividad eléctrica pueden producir
descargas sobre el cuerpo al estar en contacto con éste.
Tacto. Depende del rizado, de la longitud y de la finura, así como de la sección
transversal de la fibra.
Conductividad térmica. Depende del tipo de polímero constituyente de la fibra, de su
sección transversal y de su rizado.
Densidad y peso específico. Influye fundamentalmente en el peso de las prendas con
ellas confeccionadas.
Rigidez. Tiene influencia en el arrugado y desarrugado de las prendas.
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Clasificación de Fibras Textiles.
Las fibras de acuerdo a su origen pueden clasificarse en: Naturales o Químicas
Tabla 1: Clasificación de las Fibras de acuerdo a su Origen
NATURALES
MINERALES Amianto
VEGETALES
De semillas: Algodón y
capoc.
De tallo: lino, yute,
cáñamo, ramio
De hoja: esparto, pita,
sisal
Del fruto: coco
ANIMALES
Del pelo: lana, mohair,
cachemira, alpaca.
Del filamento: seda,
tussur.
De la piel: cuero.
QUIMICAS
ARTIFICIALES
Minerales Metálicas (Oro, plata y
cobre)
Celulósicas Rayones
Proteínicas De la caseína de la
leche: fibrolane, lanital
De maíz: vicara, salón
Algínicas Rayón alginato
SINTÉTICAS
Fuente: (Elaborado por Alarcón, D.)
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Teorema de Bernoulli.
El teorema de Bernoulli es una aplicación directa del principio de conservación de
energía. Según éste la suma de energías potencial y cinética que posee un fluido
permanece constante a lo largo de todo su recorrido, si el fluido no intercambia energía
con el exterior por medio de motores, rozamiento, temperatura. (Cromer, 2006)
Ecuación de Bernoulli
En la ecuación de Bernoulli intervienen los siguientes parámetros:
!" + #$%" +1
2#&"'
('' ='!( + '#$%( +'1
2'#&(
(
Ecuación. 1 Bernoulli
Donde:
P: Es la presión estática a la que está sometido el fluido, debida a las moléculas que lo rodean.
Ɵ: Es la densidad del fluido.
v: Velocidad de flujo del fluido.
g: Valor de la aceleración de la gravedad.
h: Altura sobre un nivel de referencia.
Cuando una pequeña muestra de fluido se desplaza por un tubo y entra en una zona
más estrecha, gana velocidad porque la presión que lo empuja de atrás hacia adelante
es mayor que la presión que desde el frente se opone al movimiento. (Paul & Gene,
2006)
Con la condición anterior de las velocidades necesariamente la presión 1 es mayor a la
presión 2 (P1 > P2), como se muestra en la Figura 10, la depresión que se genera
produce un efecto de succión que tira el aire hacia adentro del tubo. La máquina
desfibradora de pabilo, evoca el efecto Bernoulli, ya que mediante una fuente de aire
comprimido, se empuja el aire a través de un cilindro, luego de lo cual, al pasar por una
17
zona más estrecha de la boquilla, disminuye su presión permitiendo a la máquina
succionar el pabilo para en el interior desunirlo y eliminar su torsión, volviéndolo así
reutilizable en el proceso de producción del hilo.
Figura 10. Diagrama Ecuación de Bernoulli
Fuente: (Cromer, 2006)
Aire Comprimido
El aire comprimido es utilizado ampliamente en la industria, desde los pequeños talleres
de maquinado hasta los grandes complejos industriales. En muchos casos el aire
comprimido es tan vital que la planta no puede operar sin él.
En muchas plantas industriales los compresores de aire son los mayores consumidores
de electricidad, y por tanto las ineficiencias en el sistema de aire comprimido resultan
muy costosas. Sin embargo, el personal que utiliza el aire comprimido tiende a pensar
que el mismo tiene poco valor; y así, por pensar que se trata de simple aire, por la
prácticamente nula peligrosidad de un escape o fuga, es muy frecuente que no se le
presta atención a su ahorro y uso adecuado. El mejoramiento de la eficiencia energética
en estos sistemas puede permitir la reducción del 20 al 50 por ciento del consumo de
electricidad de los mismos, lo cual puede significar miles o cientos de miles de dólares
de ahorros potenciales anuales. Un sistema de aire comprimido bien operado ahorra
energía, reduce el mantenimiento, disminuye las interrupciones productivas, incrementa
la productividad y mejora la calidad. (Universidad del Atlántico; Universidad Autónoma
de Occidente, 2012)
18
En los sistemas de aire comprimido se puede diferenciar el lado del suministro, que
incluye a los compresores y los equipos de tratamiento del aire, y el lado de la demanda,
que está compuesto por el sistema de almacenamiento y distribución y los equipos de
uso final del aire comprimido. Para lograr que un sistema de aire comprimido garantice
el suministro estable de aire seco y limpio, a las presiones requeridas y de una forma
segura y económica, se requieren acciones tanto del lado del suministro, como del lado
de la demanda, así como en sus interacciones. (Universidad del Atlántico; Universidad
Autónoma de Occidente, 2012)
Compresores.
La palabra compresor proviene del latín compressor, es decir aquello que comprime,
aprieta, reduce a menos valor, oprime. El compresor es una máquina cuyo trabajo
consiste en incrementar la presión de un fluido. Al contrario que otro tipo de máquinas,
el compresor eleva la presión de fluidos compresibles como el aire y todo tipo de gases.
(Universidad del Atlántico; Universidad Autónoma de Occidente, 2012)
El compresor no sólo desplaza los fluidos, sino que también modifica la densidad y la
temperatura del fluido compresible; muchos compresores de aire modernos se
suministran integrados en una sola unidad, que incluye el compresor, motor primario y
el resto de los componentes y accesorios, montados en un solo bastidor y recubiertos
para atenuar el ruido y mejorar la estética. (Universidad del Atlántico; Universidad
Autónoma de Occidente, 2012)
Figura. 11 Esquema de Instalación Convencional de Aire de Comprimido Fuente: Artículo Eficiencia Energética en los Sistema de Aire Comprimido
19
Clasificación General de los Compresores
Existen dos tipos básicos de compresores: los de desplazamiento positivo y los
dinámicos. En los primeros una cantidad dada de aire o gas es atrapada en una cámara
de compresión, cuyo volumen es mecánicamente reducido, causando la
correspondiente elevación de la presión de la sustancia de trabajo antes de ser
descargada. En este tipo de compresor, a velocidad constante, el flujo de aire
permanece esencialmente invariable con cambios en la presión de descarga. Los
compresores dinámicos le entregan energía cinética a un flujo continuo de aire mediante
impelentes que rotan a altas velocidades. Esta energía cinética es transformada en
presión en el propio impelente y en las volutas de descarga o difusores. (Universidad
del Atlántico; Universidad Autónoma de Occidente, 2012)
Figura. 12 Clasificación de los Compresores
Fuente: Artículo Eficiencia Energética en los Sistema de Aire Comprimido
Motores Primarios.
Los motores primarios son un tipo de elementos motrices que raramente proporcionan
energía directamente a la máquina. Se limitan a transformarla, generalmente en energía
eléctrica, para que pueda ser usada por un motor secundario. La mayor parte de estos
motores utilizan energía hidráulica, eólica o solar.
20
El motor primario, como fuente de potencia para el accionamiento del compresor, tiene
que entregar la potencia suficiente para arrancar el compresor, acelerarlo hasta la
velocidad de trabajo, y mantenerlo operando bajo las condiciones de diseño. Los
motores primarios pueden ser motores eléctricos, motores de combustión interna,
turbinas de vapor o turbinas de gas, aunque sin dudas los motores eléctricos de
inducción son los más utilizados. (Universidad del Atlántico; Universidad Autónoma de
Occidente, 2012)
En muchos casos se especifica que el motor sea de alta eficiencia, ya que el costo
incrementa y se recupera típicamente en corto tiempo a partir de los resultados del
ahorro de energía. Al sustituir un motor estándar por uno de alta eficiencia debe
prestarse atención a los parámetros de comportamiento, tales como la velocidad a plena
carga y el torque. Los motores de combustión interna son comunes en el accionamiento
de compresores en la industria del petróleo y el gas dada la disponibilidad de
combustibles para ello, a pesar de que los costos de mantenimiento son superiores.
(Universidad del Atlántico; Universidad Autónoma de Occidente, 2012)
Figura. 13 Motor Primario Fuente: (Elaborado por Alarcón, D.)
21
2. METODOLOGÍA
Durante las etapas de fabricación de hilo se generan desperdicios debido a mal calibre
de las máquinas, fallas eléctricas o variaciones de temperatura, estos desperdicios son
reprocesados a fin de reducir costos de producción; sin embargo en la etapa de hilado
de anillo los desperdicios que se generan por el pabilo no pueden ser reutilizados en su
estado natural.
En base a la necesidad de reprocesar los desperdicios del pabilo, se plantea la
construcción de la máquina desfibradora de pabilo, la misma que descompondrá el
material, eliminando la torsión y el título ganado por la fibra durante el proceso de hilado
de anillo, convirtiéndolo en material apto para reutilizarlo en la producción.
La máquina desfibradora de pabilo está compuesta por: un motor de alimentación, un
porta-pabilo, una fuente de aire comprimido, dos mangueras de conexión de aire
comprimido, una llave de media vuelta, un manómetro, una boquilla succionadora, un
tubo transparente de ½ pulgada y un recipiente de desfibrado.
El motor de alimentación es un motor eléctrico trifásico que mediante rodillos de caucho
acoplados a su eje permitirá que la máquina desfibradora esté constantemente
alimentada de pabilo.
El porta-pabilo maquinado en acero, es la pieza encargada de sostener la bobina de
pabilo que será succionada por la boquilla para iniciar el proceso de desfibrado.
La fuente de aire, por medio de las mangueras, alimenta de aire comprimido a la
máquina desfibradora de pabilo para tener una presión de trabajo igual a 1 bar, que
permitirá que se realice el efecto succión en la boquilla.
La llave de media vuelta regula el aire comprimido que ingresa en la máquina
desfibradora de pabilo y mediante el manómetro se mide que la presión de aire sea igual
a 1 bar. Si la presión de aire es menor a 1 bar, se abrirá más la llave, y en caso de ser
mayor se cerrará la llave hasta conseguir 1 bar de presión.
La boquilla succionadora maquinada en acero inoxidable 304, es un cilindro hueco que
en su interior contiene tres secciones conectadas mediante roscas internas y externas
con una diferencia de alturas de una décima de milímetro. Al enroscar las secciones
debido a la diferencia de alturas se formarán dos anillos, donde se producirá el
desfibrado.
22
El tubo transparente de ½ pulgada permite conectar la boquilla con el recipiente de
desfibrado. Es considerado también un conducto que transporta la fibra reprocesada por
lo que se sugiere que sea transparente a fin de verificar que se esté realizando un
correcto desfibrado.
Finalmente, después que la fibra pasó por el proceso de desfibrado, lleva al recipiente
el material reprocesado, listo para ser utilizado en el proceso de hilado de anillo como
materia prima.
Tabla 2: Detalle de las piezas de la máquina desfibradora de pabilo
PIEZA MATERIAL GRÀFICA
Cilindro hueco
Acero Inoxidable 304
Vista Aérea
Vista Frontal
Vista Lateral
Primera sección de la boquilla
Acero Inoxidable 304
Vista Aérea
Vista Frontal
Vista Inferior
23
Segunda sección de la boquilla
Acero Inoxidable 304
Vista Aérea
Vista Frontal
Vista Inferior
Tercera sección de la boquilla
Acero Inoxidable 304
Vista Aérea
Vista Frontal
Vista Inferior
Porta pabilo
Acero
Vista Frontal
24
Esqueleto de la estructura
metálica de la boquilla
Tubo cuadrado de
acero
Vista Frontal
Motor de alimentación
Motor eléctrico
trifásico
Vista Frontal
Llave de media vuelta y
Manómetro
Vista Frontal
Tuvo transparente 11/2 plg.
Plástico
Vista Frontal
25
Recipiente contenedor de
desfibrado
Plástico
Vista Frontal
Fuente: (Elaborado por Alarcón, D.)
2.1. Diseño de la boquilla
Las piezas que conforman la boquilla se acoplan con apriete cero para evitar la pérdida
de presión, se utilizarán también empaques de caucho que garantizarán la hermeticidad
de la pieza.
La boquilla succionadora está compuesta por dos piezas, la primera pieza es un cilindro
hueco que en su diámetro interior contendrá la segunda pieza de la boquilla, tal como
se muestra en la Figura14; el cilindro hueco permitirá el ingreso de aire comprimido por
medio agujeros internos, los cuales alimentarán de aire comprimido a los canales de la
segunda pieza.
Figura 14. Primera Pieza – Boquilla Fuente: (Elaborado por Alarcón, D.)
26
La segunda pieza de la boquilla está conformada por tres secciones, la primera sección
es un cilindro hueco que en su parte inferior tiene una rosca interna de una altura A y
un diámetro B, como se puede observar en la Figura 15.
Figura 15. Primera Sección de la Segunda Pieza – Boquilla
Fuente: (Elaborado por Alarcón, D.)
La segunda sección es un cilindro hueco que en su parte superior tiene una rosca
externa de diámetro B y una altura C, una décima menor a la altura A, permitiendo crear
el efecto succión; y en su parte inferior tiene una rosca interna de diámetro B para roscar
la tercera sección como se observa en la Figura 16.
Figura. 16 Segunda Sección de la Segunda Pieza – Boquilla Fuente: (Elaborado por Alarcón, D.)
27
La tercera sección es semejante a la segunda, en su parte superior tiene una rosca
externa de diámetro B y una altura C, una décima menor a la altura A, permitiendo crear
el efecto succión; y en su parte inferior termina con un refrentado, como se muestra en
la Figura 17.
Figura. 17 Tercera Sección de la Segunda Pieza – Boquilla Fuente: (Elaborado por Alarcón, D.)
Las tres secciones de la segunda pieza de la boquilla están conectadas mediante roscas
internas y externas, asemejando a una conexión en cascada, como se puede observar
en la Figura 18. Las secciones dos y tres están atravesadas a lo largo de la altura C por
ocho agujeros de dos milímetros de diámetro, como se puede observar en la Figura 19,
que permiten el paso del aire comprimido. Una vez roscadas las tres secciones, Figura
20, las diferencias de alturas entre la rosca interna y la rosca externa nos dejan una
abertura de una décima de milímetro, que al alimentarse de aire comprimido generará
el efecto succión y permitirá el desfibrado .
Figura. 18 Conexión en cascada de las tres secciones Fuente: (Elaborado por Alarcón, D.)
28
Figura. 19 Agujeros para el paso de aire - Sección dos y tres Fuente: (Elaborado por Alarcón, D.)
Figura. 20 Secciones Roscadas Fuente: (Elaborado por Alarcón, D.)
29
Hojas de Proceso
Cilindro Hueco Contenedor
ESCUELA POLITECNICA NACIONAL ESFOT MATENIMIENTO INDUSTRIAL PROCESO DE FABRICACIÒN.
Denominación: CILINDRO HUECO CONTENEDOR.
Número de Piezas 1
Máquina Herramienta: Sierra de Vaivén, Torno.
Material: Acero Inoxidable 304
Responsable: Diego Francisco Alarcón Villarroel
Plano Nº 1
ORDEN DE EJECUCIÒN.
Nº.
Denominación Ejecución.
Esquema.
Datos Técnicos. n= R.P.M. S=(avance) mm/rev Vc=(velocidad de corte) m/min
30
1 1.1. Cortar pieza de 135 mm y diámetro mayor a 67.5 mm. 1.2. Verificar medidas en bruto.
Régimen de corte.
2
2.1. Sujetar, Centrar pieza. 2.2. Refrentar cara E. 2.3. Pasar broca de centro.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
3
3.1. Centrar pieza. 3.2. Cilindrar lado E a D=67.5 mm y 65 mm de longitud. 3.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
4
4.1. Centrar pieza. 4.2. Taladrar lado E con broca de 10 mm. 4.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
5
5.1. Centrar pieza. 5.2. Cilindrado interno lado E a D=35.5 mm y 65 mm de longitud. 5.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
31
6
6.1. Centrar pieza. 6.2. Cilindrado interno lado E a D= 37.5 mm y 13 mm de longitud. 6.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
7
7.1. Centrar pieza. 7.2. Cortar lado E a 65mm. 7.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
8
8.1. Invertir y centrar pieza. 8.2. Chanflear lado E a 45°. 8.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
9
9.1. Sujetar y centrar pieza en la fresadora. 9.2. Desbastar lado E del cilindro, un ancho de 30mm, para tornillos de sujeción. 9.3. Eliminar rebabas.
n= 500 S= Automático Vc= 25 rpm
32
10
10.1. Sujetar y centrar en el taladro vertical. 10.2. Taladrar lado E, dos agujeros a 20.5mm y 42.5mm, D= 5mm. 10.3. Eliminar rebabas.
n= 500 S= Automático Vc= 25 rpm
11
11.1. Sujetar y centrar en taladro vertical. 11.2. Taladrar lado E, dos agujeros a 19mm y 42mm con D=5mm. 11.3. Mover 90°, sujetar y centrar en taladro vertical. 11.4. Taladrar lado F, un agujero a 8mm con D=5mm.
n= 500 S= Automático Vc= 25 rpm
12
12. Vista 3D de la pieza.
33
Boquilla – Primera Sección
ESCUELA POLITECNICA NACIONAL ESFOT MATENIMIENTO INDUSTRIAL PROCESO DE FABRICACIÒN.
Denominación: BOQUILLA (PRIMERA SECCIÓN).
Número de Piezas 1
Máquina Herramienta: Sierra de Vaivén y Torno.
Material: Acero Inoxidable 304
Responsable: Diego Francisco Alarcón Villarroel
Plano Nº 2
ORDEN DE EJECUCIÒN.
Nº.
Denominación Ejecución.
Esquema.
Datos Técnicos. n= R.P.M. S=(avance) mm/rev Vc=(velocidad de corte) m/min
34
1 1.1. Cortar pieza de 50 mm y diámetro mayor a 40 mm. 1.2. Verificar medidas en bruto.
Régimen de corte.
2
2.1. Sujetar, Centrar pieza. 2.2. Refrentar cara E. 2.3. Pasar broca de centro.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
3
3.1. Centrar pieza. 3.2. Cilindrar lado E a D=40 mm y 23.5 mm de longitud. 3.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
4
4.1. Centrar pieza. 4.2. Taladrar lado E con broca de 10 mm. 4.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
5.1. Centrar pieza.
n= 1000 rpm S= Automático
35
5
5.2. Cilindrado interno lado E a D= 13.5 mm y 23.5 mm de longitud. 5.3. Eliminar rebabas.
Vc= 141 m/min
6
6.1. Centrar pieza. 6.2. Cilindrado interno lado E a D= 26.5 mm y 10 mm de longitud. 6.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
7
7.1. Centrar pieza. 7.2. Cilindrar lado E a 35mm y 17.5mm de longitud. 7.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
8
8.1. Centrar pieza. 8.2. Roscado interno lado E con paso 1 mm. 8.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
9
9.1. Centrar pieza. 9.2. Tronzar lado E a 13.5mm, con ancho de
n= 1000
36
3mm y profundidad de 2mm. 9.3. Eliminar rebabas.
S= Automático Vc= 141 m/min
10
10.1. Centrar pieza. 10.2. Cortar pieza a 23.5mm. 10.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 S= Automático Vc= 141 m/min
11
11.1. Invertir y centrar pieza. 11.2. Chanflear lado E. 11.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 S= Automático Vc= 141 m/min
12
12. Vista 3D de la pieza.
Boquilla – Segunda Sección
ESCUELA POLITECNICA NACIONAL ESFOT MATENIMIENTO INDUSTRIAL
37
PROCESO DE FABRICACIÒN. Denominación:
BOQUILLA (SEGUNDA SECCIÓN). Número de Piezas
1
Máquina Herramienta: Sierra de Vaivén, Torno y Taladro vertical.
Material: Acero Inoxidable 304
Responsable: Diego Francisco Alarcón Villarroel
Plano Nº 3
ORDEN DE EJECUCIÒN.
Nº. Denominación Ejecución.
Esquema.
Datos Técnicos. n= R.P.M. S=(avance) mm/rev Vc=(velocidad de corte) m/min
1
1.1. Cortar pieza de 50 mm y diámetro mayor a 35mm. 1.2. Verificar medidas en bruto.
Régimen de corte.
38
2
2.1. Sujetar, Centrar pieza. 2.2. Refrentar cara E. 2.3. Pasar broca de centro.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
3
3.1. Centrar pieza. 3.2. Cilindrar lado E a D=35 mm y 33mm de longitud. 3.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
4
4.1. Centrar pieza. 4.2. Taladrar lado E con broca de 10 mm a 33mm de longitud. 4.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
5.1. Centrar pieza.
n= 1000 rpm
39
5
5.2. Cilindrado interno lado E a D= 13.5mm y 33mm de longitud. 5.3. Eliminar rebabas.
S= Automático Vc= 141 m/min
6
6.1. Centrar pieza. 6.2. Cilindrar lado E a D= 27.5mm y 15 mm de longitud. 6.3.Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
7
7.1. Centrar pieza. 7.2. Tronzar lado E a 10mm, con ancho de 5mm y profundidad de 4mm. 7.3. Tronzar lado F a 17mm, con ancho de 3mm y profundidad de 2mm. 7.4. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
8
8.1. Centrar pieza. 8.2. Roscar lado E, con paso 1mm. 8.3.Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
40
9
9.1. Centrar pieza. 9.2. Cortar lado E a 33mm. 9.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
10
10.1. Invertir y centrar pieza. 10.2. Cilindrado interno lado E a D= 25.5mm y 10 mm de longitud. 10.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
11
11.1. Centrar pieza. 11.2. Roscado interno lado E con paso 1mm y 10mm de longitud. 11.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
12
12.1. Centrar pieza en el taladro vertical. 12.2. Taladrar 8 agujeros equidistantes con broca de 2mm a 3mm y 10mm de longitud.
n= 500 rpm S= Manual
41
12.3. Eliminar rebabas.
13
13.1. Vista 3D de la pieza.
Boquilla – Tercera Sección
ESCUELA POLITECNICA NACIONAL ESFOT MATENIMIENTO INDUSTRIAL PROCESO DE FABRICACIÒN.
Denominación: BOQUILLA (TERCERA SECCIÓN).
Número de Piezas 1
Máquina Herramienta: Sierra de Vaivén, Torno y Taladro vertical.
Material: Acero Inoxidable 304
Responsable: Diego Francisco Alarcón Villarroel
Plano Nº 4
42
ORDEN DE EJECUCIÒN.
Nº. Denominación Ejecución.
Esquema.
Datos Técnicos. n= R.P.M. S=(avance) mm/rev Vc=(velocidad de corte) m/min
1
1.1. Cortar pieza de 50 mm y diámetro mayor a 35mm. 1.2. Verificar medidas en bruto.
Régimen de corte.
2
2.1. Sujetar, Centrar pieza. 2.2. Refrentar cara E.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
43
2.3. Pasar broca de centro.
3
3.1. Centrar pieza. 3.2. Cilindrar lado E a D=35 mm y 21mm de longitud. 3.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
4
4.1. Centrar pieza. 4.2. Taladrar lado E con broca de 10 mm a 21mm de longitud. 4.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
5
5.1. Centrar pieza. 5.2. Cilindrado interno lado E a D= 13.5mm y 21mm de longitud. 5.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
44
6
6.1. Centrar pieza. 6.2. Cilindrar lado E a D= 27.5mm y 15 mm de longitud. 6.3.Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
7
7.1. Centrar pieza. 7.2. Tronzar lado E a 10mm, con ancho de 5mm y profundidad de 4mm. 7.3. Tronzar lado F a 17mm, con ancho de 3mm y profundidad de 2mm. 7.4. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
8
8.1. Centrar pieza. 8.2. Roscar lado E, con paso 1mm. 8.3.Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
9
9.1. Centrar pieza. 9.2. Cortar lado E a 21mm. 9.3. Eliminar rebabas.
n= 1000 rpm S= Automático Vc= 141 m/min
45
10
10.1. Centrar pieza en el taladro vertical. 10.2. Taladrar 8 agujeros equidistantes con broca de 2mm a 3mm y 10mm de longitud. 10.3. Eliminar rebabas.
n= 500 rpm S= Manual
11
11.1. Vista 3D de la pieza.
2.1.1. Construcción de la Boquilla
Para la construcción de la boquilla se realizará diferentes procesos en el torno, como
son: refrentado, taladrado, cilindrado (interno y externo), cortado, chanfleado, tronzado,
roscado (interno y externo) y desbastado; para asegurar un buen maquinado de las
piezas se utilizará acero inoxidable 304, ya que es un material resistente que
proporcionará dureza y prolongará la vida útil de la máquina.
En el torno se maquina dos piezas para la boquilla, la primera el cilindro hueco
contenedor y la segunda compuesta por las tres secciones anteriormente mencionadas.
Las piezas se fabricarán manteniendo las medidas señaladas en los planos, a fin de
lograr un apriete corredizo y mediante O-ring lograr el apriete cero.
46
Refrentado
El refrentado, llamado también fronteado, es el proceso de torneado para la obtención
de una superficie plana perpendicular al eje de giro de la pieza trabajada.
Para realizar el refrentado de una pieza, se deberá colocar la cuchilla en un ángulo de
aproximadamente 60⁰ respecto al portacuchilla, aumentando en el torno las
revoluciones por minuto (rpm) al acercarse la cuchilla al centro de la pieza, como se
muestra en la Figura 21. Se sugiere una inclinación de 60⁰ a fin de que no exista una
excesiva superficie de contacto que produzca un recalentamiento de la punta de la
cuchilla, dañando el acabado homogéneo de la pieza.
Figura. 21 Proceso de Refrentado Fuente: Recuperado de http://agrega.educacion.es
En el acabado y para pequeños diámetros de la pieza a mecanizar, la cuchilla avanza
de adentro hacia afuera; En el desbaste y para grandes diámetros es mejor avanzar de
fuera hacia adentro. Si la cuchilla no está exactamente en altura del cambio de la pieza,
queda una punta de material. (Appold, Feiler, Reinhard, & Schmidt, 2005)
Taladrado
El proceso de taladrado consiste en perforar o hacer agujeros relativamente profundos
en cualquier material mediante una broca, barra de acero templado cilíndrica, rotatoria
con ranuras que se extienden a lo largo de su cuerpo; El diámetro del agujero se creará
siguiendo el eje lineal, es decir en forma asimétrica.
47
El taladrado comúnmente es un proceso de manufactura para producir ejes o cilindros
huecos, un capilar grande o cavidad tubular, donde se debe procurar que el diámetro
del agujero sea constante.
En el taladrado se realizan dos movimientos: el movimiento de corte y el de avance,
estos dos movimientos siempre se realizan, salvo en algunas máquinas de taladro
profundo, en las cuales no hay movimiento de corte ya que la pieza se hace girar en
sentido contrario a la broca.
Se procede a taladrar los centros de los dos extremos del cilindro con una abertura de
10 milímetros, para realizar el cilindro que contendrá a la boquilla de la máquina
desfibradora de pabilo, como se puede observar en la Figura 22.
Figura. 22 Proceso de Taladrado
Fuente: Recuperado de http://agrega.educacion.es
Cilindrado
El cilindrado es el torneado mediante la cual se reduce el diámetro de la barra del
material que se está trabajando para obtener una superficie cilíndrica circular; en este
proceso comúnmente rigen la cilindricidad y la concentricidad, si es el caso en que
hayan varios diámetros a ser obtenidos. (Appold, Feiler, Reinhard, & Schmidt, 2005)
Para este proceso, la cuchilla y el portacuchilla deberán estar situados de forma que
formen un ángulo de 90º, y éste último se desplaza en paralelo a la pieza en su
movimiento de avance. Con un ángulo diferente a 90º existirá una mayor superficie de
contacto, provocando sobrecalentamiento y desgaste.
48
El acabado que se obtenga en el cilindrado es un factor de relevancia; variables como
la velocidad, la cantidad de material que se corte en un solo pase, el tipo y condición de
la herramienta de corte que se esté empleando, deben ser observados para obtener el
acabado deseado.
Para la elaboración de las piezas de la máquina desfibradora de pabilo se realizará
cilindrado interno y externo. El cilindrado interno es el desplazamiento de la cuchilla de
forma longitudinal a la pieza (paralelamente al eje de la máquina), obteniendo un
diámetro mayor al original como se muestra en la Figura 23; de igual manera el
cilindrado externo es un desplazamiento de la cuchilla de forma longitudinal a la pieza
(paralelamente al eje de la máquina), pero en este caso se obtendrá un diámetro inferior
al original como se muestra en la Figura 24.
Figura. 23 Proceso de Cilindrado Interno Fuente: http://agrega.educacion.es
49
Figura. 24 Proceso de Cilindrado Externo Fuente: http://agrega.educacion.es
Cortado
El proceso de cortado la herramienta (cuchilla) avanza radialmente en una posición fija
para cortar total o parcialmente la pieza giratoria, como se muestra en la Figura 25.
Se coloca en el torno, una por una las piezas de la desfibradora de pabilo, siguiendo los
planos y órdenes de trabajo se maquina el corte.
Figura. 25 Proceso de Corte
Fuente: http://slideplayer.es/slide/5522052/
50
Chanfleado
El proceso de chanfleado es el maquinado de la pieza, similar al refrentado, con la única
diferencia que la cuchilla debe colocarse en un ángulo menor a 90⁰; y trabajar solo en
el contorno de la pieza, como se muestra en la Figura 26.
Este proceso se debe realizar para obtener un mejor acabado y eliminar las rebabas del
contorno.
Figura. 26 Proceso de Chanfleado Fuente: http://slideplayer.es/slide/5522052/
Tronzado
El tronzado es la operación de torno por el que se corta o separa parte de la pieza, como
se muestra en la Figura 27. Esta operación suele realizarse cuando se mecanizan
piezas de pequeño tamaño desde una barra larga de material, en este caso se coloca
una barra de material en el plato del torno mecanizando la parte que sobresale del plato,
una vez acabada se corta, separándola, avanzando después la barra para mecanizar
otra pieza. (Vicente, 2009)
Como el tronzado suele ser una de las últimas operaciones en la pieza, la seguridad
tiene una gran importancia. Si la herramienta se rompe durante el tronzado, suele dañar
la pieza y también puede provocar una parada más larga de la máquina.
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Figura. 27 Proceso de Tronzado
Fuente: http://www.areatecnologia.com/herramientas/torno. html
Roscado
El roscado es el proceso por medio del cual una herramienta con punta muy aguda
avanza paralelamente al eje de rotación a gran velocidad, creando los filetes de una
rosca. El roscado puede ser interior (tuercas) y exterior (tornillos). (Pereira, 2013)
La superficie roscada es una superficie helicoidal, engendrada por un perfil determinado,
cuyo plano contiene el eje y describe una trayectoria helicoidal cilíndrica alrededor de
este eje. (Pereira, 2013)
Figura. 28 Proceso de Roscado Fuente: http://slideplayer.es/slide/5522052/
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Desbastado
La prioridad en una operación de desbaste es arrancar un volumen de metal tan
eficientemente como sea posible. El mayor requerimiento es la resistencia del filo de
corte.
Figura. 29 Proceso de Desbastado
Fuente: http://slideplayer.es/slide/5522052/
2.2. Construcción de la estructura metálica de la máquina
Para la construcción de la estructura que contendrá los elementos de la máquina
desfibradora de pabilo se utiliza una plancha metálica resistente a los daños que
realizará las funciones de armazón como se muestra en la Figura 30.
Las dimensiones de la estructura deberán asegurar que la boquilla, el motor de
alimentación del pabilo, el recipiente de desfibrado y el porta pabilo se acoplen de
manera perfecta, guardando las distancias entre elemento y elemento para que la
máquina trabaje con normalidad, evitando recalentamientos.
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Figura. 30 Estructura Metálica Fuente: (Elaborado por Alarcón, D.)
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3. PRUEBAS Y RESULTADOS
3.1. Procedimientos de Prueba
La construcción de una Máquina Desfibradora de Pabilo permitirá reprocesar los
desperdicios generados en las mecheras durante el proceso de fabricación del hilo de
anillo. Es necesario realizar pruebas de calibración como son: Presión de aire, nivel de
succión y nivel de desfibrado de la máquina; esto nos permitan controlar y verificar el
correcto funcionamiento de la desfibradora, a fin de que se produzca un desfibrado
perfecto de la cinta de pabilo y este apto para su reutilización en la producción.
Pruebas de calibración de presión de aire
Para calibrar la presión de aire de la desfibradora es necesario contar con una llave de
aire de media vuelta y un manómetro como parte del circuito neumático. Para garantizar
un óptimo desfibrado de pabilo, la máquina deberá tener como mínimo 1 bar de presión,
en caso de que de que el manómetro no marque dicha medida se deberá calibrar
manipulando la llave de media vuelta, abriéndola y cerrándola hasta obtener la medida
requerida (1 bar).
Luego de las pruebas realizadas, se recomienda calibrar la máquina desfibradora a 1
bar de presión. En caso de trabajar con una presión diferente, por ejemplo, menor a 1
bar el pabilo no tendrá el desfibrado deseado, y con una presión mayor a 1 bar no se
producirá el efecto succión sino al contrario un efecto de soplado que expulsará al pabilo
en lugar de succionarlo.
La máquina desfibradora de pabilo no podrá ser utilizada sino cuenta con una llave y un
manómetro, debido a que si se conecta la fuente de aire directamente a la boquilla no
se tiene un control de la medida de aire comprimido que ingresa, lo que producirá efectos
no deseados.
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Figura. 31 Conexión Manómetro y Llave de media vuelta Fuente: (Elaborado por Alarcón, D.)
Pruebas de Succión
Para las pruebas de succión es necesario realizar primeramente la calibración de la
presión de aire, una vez calibrado este proceso se verifica que exista una correcta
succión. Para ello se acerca un extremo del pabilo a la boquilla de la máquina
desfibradora, si el extremo del pabilo es succionado al interior de la boquilla sin
problemas, el proceso de succión es el correcto, como se observa en la Figura 32.
En caso de tener problemas con la succión del pabilo, como se observa en la Figura 33,
se deberá recalibrar la presión de aire comprimido.
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Figura. 32 Succión Correcta
Fuente: (Elaborado por Alarcón, D.)
Figura. 33 Succión Fallida
Fuente: (Elaborado por Alarcón, D.)
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Pruebas de Desfibrado
Una vez realizados los procesos de calibración de presión de aire y de succión, se
verifica que la boquilla está cumpliendo el trabajo para el cual fue diseñada, si al
completar el desfibrado se obtiene en el recipiente contenedor un material sin torsión,
abierto, expandido, similar al estado original en el que se encontraba la materia prima
(algodón y poliéster) antes de iniciar el proceso de fabricación de hilo de anillo. Como
se observa en la Figura 34.
Figura. 34 Prueba de Desfibrado
Fuente: (Elaborado por Alarcón, D.)
3.2. Análisis de Resultados
Luego de cumplir con todas las pruebas de calibración requeridas, una clara muestra
del correcto funcionamiento de la máquina desfibradora de pabilo es obtener un material
completamente desfibrado sin torsión, en su estado original de materia prima, apto para
su reproceso, como se observa en la Figura 35.
Si como resultado obtenemos un desfibrado con restos de pabilo, este material no es
apto para ser reprocesado debido a que podría producir daños en las máquinas, al no
ser una fibra homogénea manejable y reprocesable, como muestra la Figura 36.
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Figura. 35 Desfibrado Correcto Fuente: (Elaborado por Alarcón, D.)
Figura. 36 Desfibrado Incorrecto Fuente: (Elaborado por Alarcón, D.)
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4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1. Conclusiones
La implementación de una máquina desfibradora de pabilo en las empresas textiles de
hilatura de anillo, permitirá disminuir los costos de producción mediante la reutilización
de los desperdicios generados por el pabilo en el proceso de fabricación de hilo.
Los desperdicios generados por el pabilo pueden ser desfibrados manualmente pero
solo en cantidades y longitudes pequeñas, es por eso que para producción a gran escala
es necesario realizar este proceso mediante una máquina, optimizando así el recurso
tiempo.
El emplear el material reprocesado (desperdicios de pabilo) en el proceso de
producción, no afecta la calidad del producto final, ya que al desfibrar el pabilo se obtiene
una fibra virgen que volvió a su estado inicial después del proceso de desfibrado.
Las industrias textiles se caracterizan por trabajar con fuentes de aire comprimido para
facilitar el transporte de la fibra a través de las máquinas encargadas de producir el hilo
de anillo, por lo que no será necesario que la empresa textil incurra en gastos de compra
de un compresor para la implementación de una máquina desfibradora de pabilo, ya que
se puede trabajar con la misma fuente de aire que utiliza la planta.
Para facilitar en mantenimiento periódico de la boquilla de la máquina desfibradora de
pabilo, se realiza un ajuste corredizo por medio de o-ring entre el cilindro contenedor y
la segunda sección de la boquilla.
La máquina desfibradora de pabilo reprocesa los desperdicios generados por el pabilo
en un corto tiempo, por lo que el consumo de aire comprimido que utiliza no es elevado.
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4.2. Recomendaciones
Se deberá tomar en cuenta durante el proceso de construcción de la máquina
desfibradora de pabilo, que no se puede ni debe conectar directamente la fuente de aire
comprimido (compresor) a la boquilla. La construcción correcta es conectar la fuente de
aire comprimido a la llave de paso, luego al manómetro y finalmente a la boquilla; esto
permitirá tener un control de la presión de aire comprimido que ingresa a la máquina.
Para facilitar el mantenimiento periódico de la máquina desfibradora de pabilo se sugiere
utilizar acople rápido en las conexiones de aire comprimido.
Para evitar que el recipiente contenedor de desfibrado se llene de aire, se sugiere
realizar agujeros en el fondo del mismo, así existirá un desfogue de aire.
Para mayor durabilidad de la boquilla de la máquina desfibradora de pabilo se
recomienda utilizar acero inoxidable por su mayor resistencia al óxido.
Se recomienda desfibrar una bobina a la vez, para evitar la saturación de la boquilla de
la máquina desfibradora de pabilo.
Es importante el mantenimiento periódico de la máquina, se recomienda una vez por
mes, para evitar verificar que no existan fugas de aire tanto en las mangueras, acoples
y boquilla de succión.
Para la conexión entre la boquilla y el recipiente de desfibrado se recomienda utilizar
tuvo transparente para verificar que no exista problemas en el desfibrado.
Durante la construcción de la máquina es importante tener en cuenta las normas de
seguridad y utilizar equipo de protección personal (EPP) a fin de no evitar accidentes o
incidentes en el taller.
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BIBLIOGRAFÍA
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Vicente, E. (Abril de 2009). Slideplayer. Obtenido de http://slideplayer.es/slide/5522052/
ANEXO A
PLANO DE CONJUNTO
ANEXO B
PLANOS DE TALLER
ANEXO C
PROPIEDADES DEL ACERO INOXIDABLE 304
ANEXO D
PROPIEDADES DEL MOTOR ELÉCTRICO TRIFÁSICO
